[發(fā)明專利]一種高鉻鎳合金鋼導(dǎo)板的稀土變質(zhì)及時(shí)效處理方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110291212.6
• 申請(qǐng)日: 2011-09-30
• 公開（公告）號(hào): CN102337473A
• 公開（公告）日: 2012-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮巖青;高志國(guó);康利明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 內(nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司
• 主分類號(hào): C22C38/44
• 分類號(hào): C22C38/44;C22C33/04
• 代理公司: 北京世譽(yù)鑫誠(chéng)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11368
• 代理人: 郭官厚

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高合金鋼的稀土變質(zhì)及時(shí)效處理方法。

背景技術(shù)

高鉻鎳合金鋼作為連軋鋼管機(jī)組入口導(dǎo)板，在使用過(guò)程中提前出現(xiàn)粘鋼、疲勞裂紋和斷裂等現(xiàn)象，導(dǎo)致早期報(bào)廢或使用過(guò)程中出現(xiàn)初期網(wǎng)狀裂紋等，在惡劣的使用條件下發(fā)生裂紋擴(kuò)展導(dǎo)致斷裂。經(jīng)解剖分析，主要問(wèn)題是導(dǎo)板的組織結(jié)構(gòu)不合理，組織中的一次碳化物連成網(wǎng)狀，引起導(dǎo)板壽命下降。從高鉻鎳合金鋼的鑄態(tài)凝固特點(diǎn)來(lái)看，由于C和Cr等合金元素偏析，奧氏體枝晶間和晶界的鋼液熔池達(dá)到共晶成分，在鋼液中發(fā)生共晶反應(yīng)，形成的共晶碳化物呈網(wǎng)狀分布在晶界上，而共晶碳化物是熱疲勞裂紋擴(kuò)展的主要通道，由于碳化物脆性大，在循環(huán)熱應(yīng)力下容易破碎，且一旦出現(xiàn)裂紋即迅速擴(kuò)展。斷裂力學(xué)理論指出，脆性斷裂包括裂紋的萌生和傳播，所以控制鋼中碳化物類型、數(shù)量、形貌、分布和尺寸是改善鋼材性能的有效手段。因此，高鉻鎳合金鋼的熱疲勞抗力主要取決于碳化物形態(tài)。

為了提高導(dǎo)板的性能，需改善碳化物數(shù)量和形貌，首先考慮加入稀土進(jìn)行變質(zhì)處理改善一次碳化物的形貌，再通過(guò)熱處理來(lái)控制二次碳化物的析出數(shù)量與形貌，從而改善材料性能。

高鉻鎳合金鋼的冷卻凝固過(guò)程是首先從液相中析出δ固溶體，然后發(fā)生L+δ→γ的包晶反應(yīng)，進(jìn)而繼續(xù)發(fā)生L+δ→γ+C₁(一次碳化物)的包共晶反應(yīng)，然后發(fā)生L→γ+C₁的共晶反應(yīng)，同時(shí)隨著C₁的析出，C₁將沿著γ晶界連續(xù)生長(zhǎng)，直到完全凝固，形成由奧氏體+碳化物組成的共晶產(chǎn)物，其中碳化物呈網(wǎng)狀，網(wǎng)絡(luò)之間為γ相。所以要改變高鉻鎳合金鋼從液相中析出的一次碳化物形貌，可通過(guò)加入稀土(RE)進(jìn)行變質(zhì)處理。RE是強(qiáng)過(guò)冷元素，在凝固過(guò)程中將發(fā)生嚴(yán)重偏析，通過(guò)溶質(zhì)再分配而富集在初生奧氏體生長(zhǎng)前沿的熔體中，造成較大的成分過(guò)冷，有利于奧氏體枝晶的多次分枝及枝晶間距的減小，使鋼的枝晶組織得到細(xì)化，阻礙奧氏體長(zhǎng)大。初晶奧氏體的細(xì)化將導(dǎo)致共晶反應(yīng)時(shí)的殘留鋼液相互被隔開的趨勢(shì)增強(qiáng)，共晶階段共晶奧氏體優(yōu)先在狹窄通道兩側(cè)的初晶奧氏體上以離異方式結(jié)晶，促使殘液進(jìn)一步被分隔，最后導(dǎo)致碳化物網(wǎng)被斷開而孤立化。熱處理組織狀態(tài)對(duì)導(dǎo)板的使用壽命有很大的影響，所以熱處理應(yīng)該向著增加高

加高壽命的組織狀態(tài)來(lái)進(jìn)行。高鉻鎳合金鋼導(dǎo)板傳統(tǒng)的熱處理工藝是將鑄態(tài)導(dǎo)板機(jī)加工后，在煤氣爐中將導(dǎo)板加熱到1080℃保溫30分鐘進(jìn)行正火處理。正火態(tài)試樣經(jīng)王水腐蝕后可觀察到粗大的網(wǎng)狀一次碳化物，二次碳化物大量析出，且二次碳化物顆粒長(zhǎng)大(如圖1所示)。大塊狀的一次碳化物連成網(wǎng)狀，這種組織的性能惡劣，大塊狀的碳化物割裂基體產(chǎn)生早期裂紋，合金鋼導(dǎo)板在使用過(guò)程中頻繁經(jīng)歷驟冷驟熱，裂紋將迅速擴(kuò)展導(dǎo)致開裂。另外，二次碳化物顆粒尺寸對(duì)接觸疲勞壽命有著明顯影響，在相同的累積破壞率下細(xì)小碳化物的壽命比粗顆粒壽命要高。因此，通過(guò)熱處理獲得細(xì)小彌散的二次碳化物是提高導(dǎo)板使用壽命的有效途徑。

申請(qǐng)?zhí)枮?00610040275.3的中國(guó)發(fā)明專利“穿孔機(jī)導(dǎo)板”公開了一種穿孔機(jī)導(dǎo)板的化學(xué)成分：C?0.65～1.5％，Si?1.0～3.0％，Mn＜2％，Cr?28～32％，Ni?49～52％，W?4～6.5％，其余為Fe及雜質(zhì)元素。該成分體系設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是Ni元素含量極高，并加入了一定量的W元素，使穿孔機(jī)導(dǎo)板的制造成本增加，生產(chǎn)廠家和用戶難以接受。

申請(qǐng)?zhí)枮?00810166746.2的中國(guó)發(fā)明專利“無(wú)縫鋼管穿孔機(jī)用導(dǎo)板”公開的一種穿孔機(jī)導(dǎo)板的成分：C1.7～2.0％，Si0.6～0.8％，Mn0.6～0.8％，Cr27～30％，Ni5.6～20％，Nb+RE?0.15～0.35％，其余為Fe及雜質(zhì)元素。該專利是在申請(qǐng)?zhí)枮?00710018263.5的中國(guó)發(fā)明專利“一種新型無(wú)縫鋼管穿孔機(jī)用導(dǎo)板”基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)的，Ni含量從4.5～5.5％增加為5.6～20％。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，含鎳太高的導(dǎo)板在使用中容易產(chǎn)生粘鋼而造成鋼管表面劃傷，從而影響鋼管的質(zhì)量，而含鎳太低的穿孔機(jī)導(dǎo)板雖然成本低，但耐磨性能和抗熱裂性能差。該專利僅公開了穿孔機(jī)導(dǎo)板的化學(xué)成分，沒(méi)有涉及對(duì)應(yīng)成分下的熱處理工藝。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明公開一種高鉻鎳合金鋼稀土變質(zhì)和時(shí)效處理方法。技術(shù)方案為：從材質(zhì)成分和熱處理兩方面進(jìn)行，來(lái)改善高鉻鎳合金鋼導(dǎo)板的碳化物形貌以提高其使用壽命。本發(fā)明的成分設(shè)計(jì)為中等鎳含量，并進(jìn)行變質(zhì)處理和時(shí)效處理，變質(zhì)劑為稀土絲。本發(fā)明要通過(guò)熱處理獲得穩(wěn)定性好的二次碳化物和均勻分布的球狀二次碳化物。