一種控制高強馬氏體不銹鋼中逆變奧氏體含量的方法

文檔序號：3250267閱讀：365來源：國知局

專利名稱：一種控制高強馬氏體不銹鋼中逆變奧氏體含量的方法
技術領域：
本發明涉及金屬材料領域，具體為一種控制高強馬氏體不銹鋼中逆變奧氏體含量的方法，尤其是涉及一類鑄造馬氏體不銹鋼材料的相控制和熱處理方法。
背景技術：
0Crl3Ni4 6Mo型馬氏體不銹鋼，具有良好的鑄造性、大截面均一性和焊接性，在鑄造界被譽為"鑄造者夢寐以求之成功鋼種"。由于具有優異的常溫和低溫力學性能、水下疲勞性能、焊接工藝性能以及抗空蝕磨損性能，鑄造高強馬氏體不銹鋼(0Crl3Ni4 6Mo型)被廣泛應用在水電站過流部件、水泵、壓縮機葉輪、原子能電站鑄件和壓力容器等部件上。其優異的力學性能源于特殊的貨《組織結構，經過恰當的正火和回火熱處理后，其組織為回火馬氏體和彌散分布在馬氏體基體中的片層狀逆變奧氏體的兩相結構，見附圖1。其中的逆變奧氏體多分布在馬氏體板條束間隙和原奧氏體晶界處，由于其尺寸較小，且彌散分布，逆變奧氏體在塑性變形時吸收變形功而轉變成馬氏體，能顯著改善材料的塑韌性。因此調整逆變奧氏體含量使0Crl3Ni4 6Mo型馬氏體不銹鋼達到不同的強韌性組合成為制定熱處理制度的關鍵。
由于0Crl3Ni4 6Mo型馬氏體不銹鋼應用范圍廣泛，不同的使用^#對其性
能要求有很大差別，aa控制逆變奧氏體含量可以有效地調節該類型材料的綜合
力學性能。當逆變奧氏體含量較高時，材料的塑韌性良好，強度稍低，多用于對塑韌性要求較高的場合；當逆變奧氏體含量較低時，材料的弓驢較高，但塑韌性稍低，多用于對強度和耐磨性能要求較高的場合。因此有效地控制逆變奧氏體含量對調整0Crl3Ni4 6Mo型馬氏體不銹鋼綜合性能、滿足不同的使用要求具有非常重要的意義。但由于0Crl3Ni4 6Mo型馬氏體不銹鋼在熱處理過程中的相變過程復雜，各類相變點在不同的熱處理狀態下具有較大范圍的變化，因此國內廠商在生產此類產品時不能準確控制逆變奧氏體含量以滿足不同使用要求。

發明內容
本發明的目的在于提供一種控制高強馬氏體不銹鋼中逆變奧氏體含量的方
法，解決了實際生產過程中難以準確控制逆變奧氏體含量從而影響性能的問題；采用控制回火溫度、回火次數及一次回火終冷i^度的方法使逆變奧氏體含量得到準確控制。
本發明采用的技術方案是
一種控制高強馬氏體不銹鋼中逆變奧氏體含量的方法，通31X寸馬氏體不銹鋼熱處理的回火溫度、回火次數和一次回火終冷溫度的控制達到控制逆變奧氏體含
1) 對正火態的0Crl3Ni4 6Mo進行600 68(TC—次回火，保溫時間按鑄件有效壁厚每就保溫2 10min設定，得到體積分數0<F,<6%的逆變奧氏體；
2) 對正火態的0Crl3Ni4 6Mo進行600 68(TC—次回火，冷卻至60°C以下，而后進行560 62(TC二次回火，保溫時間按鑄件有效壁厚每毫米保溫2 10min設定，得到體積分數一般為10%<^《25%的逆變奧氏體；
3) 對正火態的0Crl3Ni4 6Mo進行600 680。C一次回火，冷卻至60 250。C之間，而后進行560 620。C二次回火，保溫時間按鑄件有效壁厚每保溫2 10min設定，得到體積分數6%《^《10%的逆變奧氏體。
本發明適用的0Crl3Ni4 6Mo型馬氏體不銹鋼的化學成分是(質量百分含量)C《0.06， Si《1.00， Mn《1.00， Cr 11. 5 14. 0， Ni 3. 5 6. 0， Mo 0. 40 1,00， S《0.03， P幼.04， Fe余量。
本發明中600 68(TC—次回火和560 62(TC二次回火過程的加熱速率一般為30 200。C/h;回火冷卻方式為自然空冷。
本發明中逆變奧氏體含量的觀啶是使用X射線衍射法測得的奧氏體的體積分數。
本發明控制高強馬氏體不銹鋼中逆變奧氏體含量的機理如下在回火過程中，當回火^it稍高于該類型馬氏體不銹鋼的As點時，逆變奧氏體優先在馬氏體板條間和原奧氏體晶界處形核長大，同時材料中的奧氏體化元素向逆變奧氏體中聚集，增加其熱穩定性，使其在隨后的回火冷卻過程中不轉變成馬氏體。隨著回火^t的提高，高溫時逆變奧氏體含量增加，聚集其中的奧氏體化元素由于均勻化的作用導致其濃度下降，逆變奧氏體穩定性隨之下降，使其在隨后的冷卻過程中重新轉變成馬氏體。所以一次回火產生的能穩定存在至室溫的逆變奧氏體含量有一較低峰值。二次回火時，由于一次回火冷卻過程中新生馬氏體增加了二次回火時奧氏體的形核位置，使逆變奧氏體的形核率增加，而且經一次回火后，材料內部的各元素含量分布出現波動，逆變奧氏體中更容易聚集到足夠的奧氏體化元素而穩定下來，所以二次回火能大大增加逆變奧氏體含量。而本發明通過控制一次回火終冷溫度來控制一次回火過程中逆變奧氏體向馬氏體的轉變，進而控制二次回火時奧氏體的形核位置數量，從而影響最終的逆變奧氏體含
本發明具有如下有益效果
1. 本發明結合逆變奧氏體的產生機理禾卩0Crl3Ni4 6Mo型馬氏體不銹鋼的相變規律，解決了實際生產中難以準確控制逆變奧氏體含量的問題，從而實 W材料綜合性能的精確控制。
2. 本發明使用不同的回火熱處理制度，使0Crl3Ni4 6Mo型馬氏體不銹鋼中逆變奧氏體的體積含量實現從0 25%范圍的變化，從而使該材料的強度、塑韌性可調范圍增大，貪隨應更多不同劍牛的需求。
3. 本發明使用的回火熱處理加熱和冷卻方式適合實際工業生產，很容易得到工廠認可，一旦1 用，可以大大提高我國0Crl3Ni4 6Mo型馬氏體不銹鋼產品的質量穩定性，那將會有幾十甚至上百億的效益。

圖1透射電子顯微鏡下ZG0Crl3Ni4Mo中的逆變奧氏體形貌，其中的黑色條狀相為逆變奧氏體。
圖2實施例一的X射線衍射圖。圖3實施例二的X射線衍射圖。圖4實施例三的X射線衍射圖。圖5實施例四的X射線衍射圖。圖6實施例五的X射線衍射圖。圖7實施例六的X身寸線衍^f圖。圖8實施例七的X射線衍射圖。
圖9實施例八的X射線衍射圖。圖10實施例九的X射線衍射圖。
具體實驗式
實施例一
根據本發明，所用材料ZG06Crl3Ni4Mo各元素質量百分含量為C0.02%，Si 0.41%, Mn0.44%， Crll.80%， Ni4.40%， Mo0.43%， SO. 007%， P0.024%， Fe余量，試樣尺寸為10X10 XIO腿。
先對試樣進fi1105(TC正火處理，X射線衍射分析表明正火處理后的試樣進行，正火后試樣中不含奧氏體相，因此回火處理后得到試樣中的奧氏體均為回火過程中產生的逆變奧氏體。
對正火后的試樣以100°C/h的加熱速率加熱至600°C，保溫30min后空冷至
室溫。試樣經磨制、電解拋光后，進行X射線連續掃描，曲線見圖2，圖中的奧
氏體特征衍射峰存在，但不是很明顯。定量分析表明奧氏體的體積含量(B卩體積分數F,)為2%。
實施例二
根據本發明，所用材料ZG06Crl3Ni4Mo各元素質量百分含量為C 0.025%，Si 0.2%， Mn0.58%， Crl3.06%， Ni4.26%， Mo 0.52%， SO. 012%， P 0. 030%， Fe余量，試樣尺寸為25X40X75ram。
先對試樣進行105(TC正火處理，X射線衍射分析表明正火處理后的試樣進行，正火后試樣中不含奧氏體相，因此回火處理后得到試樣中的奧氏體均為回火過程中產生的逆變奧氏體。
對正火后的試樣以180°C/h的加熱速率加熱至620°C，保溫60min后空冷至室溫。試樣經磨制、電解拋光后，進行X射線連續掃描，曲線見圖3，定量分析表明奧氏體的體積含量為4. 5%。實施例三
根據本發明，所用材料ZG06Crl3Ni4Mo各元素質量百分含量為C0.02%，Si 0.41%， Mn0.44Q^， Crll.80%， Ni4.40%， Mo 0.43%， SO. 007%， P 0.024%， Fe余量，i式樣尺寸為25X40X75腿。
先對試樣進行105CTC正火處理，X射線衍射分析表明正火處理后的試樣進行，正火后試樣中不含奧氏體相，因此回火處理后得到試樣中的奧氏體均為回火過程中產生的逆變奧氏體。
對正火后的試樣以200°C/h的加熱速率加熱至680°C，保溫120min后空冷至室溫。試樣經磨制、電解拋光后，進行X射線連續掃描，曲線見圖4，定量分析表明奧氏體的體積含量為1%。實施例四
根據本發明，所用材料ZG06Crl3Ni4Mo各元素質量百將量為C 0.025%，Si0.2%， Mn0.58%， Crl3.06%， Ni4.26%， Mo 0.52%， SO. 012%， P 0.030%， Fe余量，i式樣尺寸為11X11 X60mm。
先對試樣進行1030。C正火處理，X射線衍射分析表明正火處理后的i對羊進行，正火后試樣中不含奧氏體相，因此回火處理后得歪賦樣中的奧氏體均為回火過程中產生的逆變奧氏體。
對正火后的試樣以50°C/h的加熱速率加熱至620°C，保溫60min后空冷至40°C，而后進行58(TC、保溫60min的二次回火，二次回火加熱速率50°C/h，冷卻方式為空冷。試樣經磨制、電解拋光后，進行X射線連續掃描，曲線見圖5，定量分析表明奧氏體的體積含量為10. 8%。實施例五
根據本發明，所用材料ZG06Crl3Ni4Mo各元素質量百分含量為C0.025%，Si 0.2%， MnO. 58%, Crl3.06%， Ni4.26%， Mo 0.52%, SO. 012%， P 0. 030%， Fe余量，試樣尺寸為25X40X75mm。
先對試樣進行105(TC正火處理，X射線衍射分析表明正火處理后的試樣進行，正火后試樣中不含奧氏體相，因此回火處理后得歪lj試樣中的奧氏體均為回火過程中產生的逆變奧氏體，試樣尺寸為25 X40 X 75rara。
對正火后的試樣以180°C/h的加熱速率加熱至680°C，保溫90min后空冷至室溫，而后進行60(TC、保溫90min的二次回火，二次回火加熱速率180°C/h，冷卻方式為空冷。試樣經磨制、電解拋光后，進行X射線連續掃描，曲線見圖6，圖中的奧氏體特征衍射峰存在，定量分析表明奧氏體的體積含量為13%。實施例六根據本發明，所用材料ZG06Crl3Ni4Mo各元素質量百么^量為C 0.038%， Si0.3%， Mn0,52%， Crl2.45%， Ni3.85%， Mo0.44Q^， SO, 005%， P 0.025 %， Fe余量，試樣尺寸為40X40X60腿。
先對試樣進行1050。C正火處理，X射線衍射分析表明正火處理后的試樣進行，正火后試樣中不含奧氏體相，因此回火處理后得到試樣中的奧氏體均為回火過程中產生的逆變奧氏體。
對正火后的試樣以50°C/h的加熱速率加熱至64CTC,保溫270min后空冷至 50°C，而后進行60(TC、保溫270min的二次回火，二次回火加熱速率50°C/h，冷卻方式為空冷。試樣經磨制、電解拋光后，進行X射線連續掃描，曲線見圖7，圖中的奧氏體特征衍射峰存在，定量分析表明奧氏體的體積含量為15%。實施例七
根據本發明，所用材料ZG06Crl3Ni4Mo各元素質量百分含量為C0.02%， Si 0.41%， Mn0.44%， Crll.80%， Ni4.40%， Mo 0.43%, SO. 007%， P 0.024 %， Fe余量，試樣尺寸為15X15 X15mm。
先對試樣進行1050。C正火處理，X射線衍射分析表明正火處理后的試樣進行，正火后試樣中不含奧氏體相，因此回火處理后得到試樣中的奧氏體均為回火過程中產生的逆變奧氏體。
對正火后的試樣以180°C/h的加熱速率加熱至640°C，保溫60min后空冷至 100°C，立即裝至爐溫為IO(TC的熱處理爐中，而后以180°C/h的加熱速率加熱試樣至60(TC進行二次回火，保溫60min后空冷至室溫。試樣經磨制、電解拋光后，進行X射線連續掃描，曲線見圖8，定量分析表明奧氏體的體積含量為8.5%。實施例八
根據本發明，所用材料ZG06Crl3Ni4Mo各元素質量百船量為C 0.025%， Si0.2%， Mn0.58%， Crl3.06%， Ni4.26%， Mo 0.52%， SO. 012%， P 0. 030 %， Fe余量，試樣尺寸為22X36X60腿。
先對試樣進行105(TC正火處理，X射線衍射分析表明正火處理后的試樣進行，正火后試樣中不含奧氏體相，因此回火處理后得到試樣中的奧氏體均為回火過程中產生的逆變奧氏體。
對正火后的試樣以50°C/h的加熱速率加熱至63(TC ，保溫90min后空冷至150 °C，立即裝至爐溫為15(TC的熱處理爐中，而后以50。C/h的加熱速率加熱試樣至58(TC進行二次回火，保溫90min后空冷至室溫。試樣經磨制、電解拋光后，進行 X射線連續掃描，曲線見圖9，定量分析表明奧氏體的體積含量為7%。實施例九
根據本發明，所用材料ZG06Crl3Ni4Mo各元素質量百分含量為C 0.038%， Si0.3%， Mn0.52%， Crl2.45%， Ni3.850%， Mo 0.44%， SO. 005%， P 0. 025 %， Fe余量，試樣尺寸為25X40X75腿。
先對試樣進行105(TC正火處理，X射線衍射分析表明正火處理后的試樣進行，正火后試樣中不含奧氏體相，因此回火處理后得到試樣中的奧氏體均為回火過程中產生的逆變奧氏體。
對正火后的試樣以100°C/h的加熱速率加熱至68(TC，保溫240min后空冷至 200°C，立即裝至爐溫為200。C的熱處理爐中，而后以100°C/h的加熱速率加熱試樣至61(TC進行二次回火，保溫240min后空冷至室溫。試樣經磨制、電解拋光后，進行X射線連續掃描，曲線見圖IO，定量分析表明奧氏體的體積含量為6%。
權利要求
1、一種控制高強馬氏體不銹鋼中逆變奧氏體含量的方法，其特征是通過對馬氏體不銹鋼熱處理的回火溫度、回火次數和一次回火終冷溫度的控制達到控制逆變奧氏體含量。
2、根據權利要求1所述的控帝搞強馬氏體不銹鋼中逆變奧氏體含量的方法，其特征在于對正火后的0Crl3Ni4 6Mo型馬氏體不銹鋼進行600 68(TC—次回火，保溫時間按鑄件有效壁厚每毫米保溫2 10min設定，得到體積分數0<^<6%的逆變奧氏體。
3、根據權利要求1所述的控帝犒強馬氏體不銹鋼中逆變奧氏體含量的方法，其特征在于對正火后的0Crl3Ni4 6Mo型馬氏體不銹鋼進行600 68(TC—次回火后且冷至6(TC以下，進行560 62(TC二次回火，回火保溫時間按鑄件有效壁厚每毫米保溫2 10min設定，得到體積分數10%<&《25%的逆變奧氏體。
4、根據權利要求1所述的控制高強馬氏體不銹鋼中逆變奧氏體含量的方法，其特征在于對正火后的0Crl3Ni4 6Mo型馬氏體不銹鋼進行600 680。C一次回火后，冷至60 250。C之間，進行560 62(TC二次回火，回火保溫時間按鑄件有效壁厚每毫米保溫2 10min設定，得到體積分數6X《F,《10%的逆變奧氏體。
5、根據權利要求1所述的控制高強馬氏體不銹鋼中逆變奧氏體含量的方法，其特征在于0Crl3Ni4 6Mo型馬氏體不銹鋼回火加熱速率為30 20(TC/h，回火冷卻方式為自然空冷。
6、根據權利要求1所述的控帝搞強馬氏體不銹鋼中逆變奧氏體含量的方法，其特征在于逆變奧氏體含量的觀啶是使用X射線衍射法測得的奧氏體的體積分數。
全文摘要
本發明涉及金屬材料領域，具體為一種控制高強馬氏體不銹鋼中逆變奧氏體含量的方法，尤其是涉及一類鑄造馬氏體不銹鋼材料的相控制和熱處理方法，解決了實際生產過程中難以準確控制逆變奧氏體含量從而影響性能的問題，通過對馬氏體不銹鋼熱處理的回火溫度、回火次數和一次回火終冷溫度的控制達到準確控制逆變奧氏體含量。1)對正火后的0Cr13Ni4～6Mo型馬氏體不銹鋼進行600～680℃一次回火得到0＜Vγ＜6％的逆變奧氏體；2)對600～680℃一次回火且冷至60℃以下的0Cr13Ni4～6Mo型馬氏體不銹鋼，進行560～620℃二次回火得到10％＜Vγ≤25％的逆變奧氏體；3)對600～680℃一次回火冷至60～250℃之間的0Cr13Ni4～6Mo型馬氏體不銹鋼，進行560～620℃二次回火得到6％≤Vγ≤10％的逆變奧氏體。
文檔編號C21D1/18GK101532079SQ20081001322
公開日2009年9月16日申請日期2008年9月17日優先權日2008年9月17日
發明者夏立軍, 康秀紅, 李依依, 李殿中, 培王, 陸善平申請人:中國科學院金屬研究所

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