高溫鍛制馬氏體不銹鋼熱處理方法
【專利摘要】高溫鍛制馬氏體不銹鋼熱處理方法，鍛件入爐后經(jīng)過包括固溶、第一次回火和第二次回火進(jìn)行熱處理；通過對熱處理工藝溫度、時間的控制和熱處理設(shè)備的選擇，滿足了客戶的機(jī)械性能要求，減少淬火和回火的次數(shù)，節(jié)約能源。采用空冷工藝并經(jīng)過二段回火，避免了殘余奧氏體項的析出，直接加熱到奧氏體化熱熔溫度后空冷，選擇合理回火溫度，避免了應(yīng)力的產(chǎn)生，并以記憶原理穩(wěn)定材料在常溫至高溫下的性能。
【專利說明】高溫鍛制馬氏體不銹鋼熱處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及不銹鋼材料的熱處理技術(shù)，具體涉及高溫用鍛制馬氏體不銹鋼ASTMA182-F6NM鍛件的熱處理工藝，尤其是高溫鍛制馬氏體不銹鋼熱處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]馬氏體不銹鋼是一類通過淬火、回火等熱處理可以調(diào)整其力學(xué)性能的不銹鋼，通俗地說，是一類可硬化的不銹鋼。典型牌號為Crl3型，如2Crl3 , 3Crl3，4Crl3等。淬火后硬度較高，不同回火溫度具有不同強(qiáng)韌性組合，主要用于蒸汽輪機(jī)葉片、餐具、外科手術(shù)器械。根據(jù)化學(xué)成分的差異，馬氏體不銹鋼可分為馬氏體鉻鋼和馬氏體鉻鎳鋼兩類。根據(jù)組織和強(qiáng)化機(jī)理的不同，還可分為馬氏體不銹鋼、馬氏體和半奧氏體，或半馬氏體，沉淀硬化不銹鋼以及馬氏體時效不銹鋼等。 [0003]標(biāo)準(zhǔn)的馬氏體不銹鋼是:403、410、414、416、416(Se)、420、431、440A、440B和 440C型，有磁性；這些鋼材的耐腐蝕性來自“鉻”，其范圍是從11.5至18%，鉻含量愈高的鋼材需碳含量愈高，以確保在熱處理期間馬氏體的形成，上述三種440型不銹鋼很少被考慮做為需要焊接的應(yīng)用，且440型成份的熔填金屬不易取得。
[0004]標(biāo)準(zhǔn)馬氏體鋼材的改良，含有類如鎳、鑰、釩等的添加元素，主要是用于將標(biāo)準(zhǔn)鋼材受限的容許工作溫度提升至高于1100K，當(dāng)添加這些元素時，碳含量也增加，隨著碳含量的增加，在焊接物的硬化熱影響區(qū)中避免龜裂的問題變成更嚴(yán)重。
[0005]馬氏體不銹鋼能在退火、和硬化與回火的狀態(tài)下焊接，無論鋼材的原先狀態(tài)如何，經(jīng)過焊接后都會在鄰近焊道處產(chǎn)生一硬化的馬氏體區(qū)，熱影響區(qū)的硬度主要是取決于母材金屬的碳含量，當(dāng)硬度增加時，則韌性減少，且此區(qū)域變成較易產(chǎn)生龜裂、預(yù)熱和控制層間溫度，是避免龜裂的最有效方法，為得最佳的性質(zhì)，需焊后熱處理。
[0006]這種特性決定了這類鋼必須具備兩個基本條件:一是在平衡相圖中必須有奧氏體相區(qū)存在，在該區(qū)域溫度范圍內(nèi)進(jìn)行長時間加熱，使碳化物固溶到鋼中之后，進(jìn)行淬火形成馬氏體，也就是化學(xué)成分必須控制在Y或Υ + α相區(qū)，二是要使合金形成耐腐蝕和氧化的鈍化膜，鉻含量必須在10.5%以上。按合金元素的差別，可分為馬氏體鉻不銹鋼和馬氏體鉻鎳不銹鋼。馬氏體鉻不銹鋼的主要合金元素是鐵、鉻和碳。如Cr大于13%時，不存在Y相，此類合金為單相鐵素體合金，在任何熱處理制度下也不能產(chǎn)生馬氏體，為此必須在內(nèi)Fe-Cr二元合金中加入奧氏體形成元素，以擴(kuò)大來說，C、N是有效元素，C、N元素添加使得合金允許更高的鉻含量。在馬氏體鉻不銹鋼中，除鉻外，C是另一個最重要的必備元素，事實上，馬氏體鉻不銹耐熱鋼是一類鐵、鉻、碳三元合金。當(dāng)然，還有其他元素，利用這些元素，可根據(jù)Schaeffler圖確定大致的組織。馬氏體不銹鋼主要為鉻含量在12%_18%范圍內(nèi)的低碳或高碳鋼。各國廣泛應(yīng)用的馬氏體不銹鋼鋼種有如下3類:低碳及中碳13%Cr鋼、高碳的18%Cr鋼和和低碳含鎳，約2%的17%Cr鋼。馬氏體不銹鋼具備高強(qiáng)度和耐蝕性，lCrl3可以用來制造機(jī)器零件如蒸汽渦輪的葉片、2Crl3蒸汽裝備的軸和拉桿，以及4Crl3在腐蝕介質(zhì)中工作的零件如活門、螺栓等。4Crl3、9Crl8碳含量較高的鋼號則適用于制造醫(yī)療器械、餐刀、測量用具、彈簧等。與鐵素體不銹鋼相似，在馬氏體不銹鋼中也可以加入其它合金元素來改進(jìn)其他性能:1.加入0.07%S或Se改善切削加工性能，例如lCrl3S或4Crl3Se ；2.加入約1%Μο及0.1% V，可以增加9Crl8鋼的耐磨性及耐蝕性；3.加入約1Mo-1W-0.2V，可以提高lCrl3及2Cr 13鋼的熱強(qiáng)性。
[0007]馬氏體不銹鋼與調(diào)制鋼一樣，可以使用淬火、回火及退火處理。其力學(xué)性質(zhì)與調(diào)制鋼也相似:當(dāng)硬度升高時，抗拉強(qiáng)度及屈服強(qiáng)度升高，而伸長率、截面收縮率及沖擊功則隨著降低。馬氏體不銹鋼的耐蝕性主要取決于鉻含量，而鋼中的碳由于與鉻形成穩(wěn)定的碳化鉻，又間接的影響了鋼的耐蝕性。因此在13%Cr鋼中，碳含量越低，則耐蝕性越高。而在lCrl3、2Crl3、3Crl3及4Crl3四種鋼中，其耐蝕性與強(qiáng)度的順序恰好相反。
[0008]高溫用鍛制馬氏體不銹鋼ASTM A182-F6匪固溶處理空冷可得到馬氏體組織，經(jīng)
一定溫度回火后部分馬氏體發(fā)生逆轉(zhuǎn)變，所形成的逆轉(zhuǎn)變奧氏體以獨立的楳狀或片狀晶粒
形式分布在板條狀低碳合金馬氏體基體之間，使鋼的韌性提高，在不明顯降低強(qiáng)度的情況
下改善塑性和焊接性。研究證明，這種逆轉(zhuǎn)變奧氏體的熱穩(wěn)定性很高，在回火冷卻過程中不
易發(fā)生轉(zhuǎn)變，以致室溫下仍保留很大部分，但是，由于其機(jī)械穩(wěn)定性差，將在受力變形時因
塑變誘發(fā)相變?yōu)轳R氏體，這個相變過程將吸收大量變形功而提高材料的抗裂紋擴(kuò)展能力。
因此尋找合適的熱處理工藝控制逆轉(zhuǎn)變奧氏體含量，同時滿足力學(xué)要求是工程實際中有待
解決的問題。高溫用鍛制馬氏體不銹鋼(ASTM A182-F6NM)化學(xué)性能如下:
【權(quán)利要求】
1.高溫鍛制馬氏體不銹鋼熱處理方法，其特征在于，鍛件入爐后經(jīng)過包括固溶、第一次回火和第二次回火進(jìn)行熱處理；鍛件入爐后將爐溫升溫，加升溫速度小于等于75°c /小時；當(dāng)爐溫升至500°C時使鍛件保溫I小時；以115°C /小時升溫速度對爐繼續(xù)加熱，當(dāng)爐溫升至860°C時使鍛件保溫I小時，以35°C /小時升溫速度對爐繼續(xù)加熱，加熱至1010~1038°C時，鍛件均熱后保溫4~5小時；將鍛件從爐內(nèi)吊出空冷至室溫；第一次回火:鍛件入爐將爐溫以小于等于70V /小時升溫速度；將爐溫升至691~718°C時使鍛件保溫5.5~7小時；將鍛件從熱處理爐吊出空冷至室溫；第二次回火:鍛件入爐將爐溫以小于等于70°C /小時升溫速度；將爐溫升至593°C _620°C，時使鍛件保溫5.5~7小時；將鍛件從熱處理爐吊出空冷至室溫。`
【文檔編號】C21D6/00GK103740913SQ201410011689
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月10日
【發(fā)明者】占凱, 趙以平, 楊建國 申請人:隆英（上海）企業(yè)有限公司