[發(fā)明專利]一種超高強度不銹鋼熱處理工藝

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210525384.X
• 申請日: 2012-12-07
• 公開（公告）號: CN103103327A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 崔慧然;黃玉亭;陳瑞鋼;謝偉東;繆鵬程;李湘軍
• 申請（專利權(quán)）人: 無錫透平葉片有限公司
• 主分類號: C21D6/02
• 分類號: C21D6/02;C21D6/04;C21D1/00;C22C38/44;F01D5/28
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超高強度不銹鋼領(lǐng)域，具體地，本發(fā)明涉及一種超高強度不銹鋼熱處理工藝。

背景技術(shù)

汽輪機長葉片，特別是氣道長度大于1.2m的汽輪機長葉片對抗拉強度、韌性、延性斷裂、高、低周疲勞強度以及不同介質(zhì)腐蝕疲勞強度和抗沖蝕性等性能均具有較高的要求，其中強度、塑性和韌性的匹配是常規(guī)考核的主要指標(biāo)，而這些性能要求與航空領(lǐng)域某些零部件的要求相吻合。所以，目前汽輪機長葉片材料的研究趨勢則是從在航空材料領(lǐng)域挑選業(yè)績較突出的材料經(jīng)過一系列工藝的改進來滿足汽輪機長葉片的性能要求，這樣縮短了材料設(shè)計周期并節(jié)約了費用。

通常把抗拉強度高于800MPa，屈服強度高于500MPa的不銹鋼稱為高強度不銹鋼，把屈服強度高于1380MPa的不銹鋼稱為超高強度不銹鋼。馬氏體沉淀硬化不銹鋼是高強度不銹鋼的一種，這類鋼的強度是通過馬氏體相變和沉淀硬化處理來實現(xiàn)的，優(yōu)點是強度較高，同時由于低碳、高鉻、高鉬和/或高銅，其耐蝕性一般不會低于18Cr-8Ni奧氏體不銹鋼；易切削，易焊接，焊后一般不需局部退火，熱處理工藝也比較簡單。

13Cr-8Ni-2.2Mo-1.1Al鋼（化學(xué)成分見表1）是馬氏體沉淀硬化不銹鋼的一種。它不僅具有高硬度和優(yōu)良的綜合性能，而且該鋼大截面可淬透并獲得一致的縱、橫向性能。該鋼耐蝕性能優(yōu)于1Cr13和0Cr17Ni2馬氏體不銹鋼，具有與17-4PH相當(dāng)?shù)目挂话愀g能力和優(yōu)良的抗應(yīng)力腐蝕能力，適合用作制造汽輪機長葉片。

表1化學(xué)成分（wt%）

13Cr-8Ni-2.2Mo-1.1Al鋼用作航空鍛件的性能要求中對沖擊韌性沒明確要求，而汽輪機長葉片對沖擊韌性有明確要求，且要求強度和韌性達到良好匹配。目前所屬領(lǐng)域技術(shù)人員已開始通過改進高強度不銹鋼的熱處理工藝，改善不銹鋼的韌性和強度，但是獲得的高強度不銹鋼性能都不能達到要求。

例如CN?101509056A提供了一種馬氏體沉淀硬化不銹鋼FV520B的熱處理方法，具體地說是將馬氏體沉淀硬化不銹鋼FV520B在較高溫度進行短時間回火，之后采取緩慢冷卻的方式，使得該馬氏體沉淀硬化不銹鋼具有優(yōu)良的韌性和強度組合。但是該方法僅適用于對強度要求中等及韌性要求較高的馬氏體沉淀硬化不銹鋼，但汽輪機長葉片對用材的要求則更傾向于獲得更高的強度，逆轉(zhuǎn)變奧氏體的存在則會大大降低了材料的強度，故此熱處理方法不適用于制造汽輪機長葉片。

因此，迫切需要進行一系列試驗，對13Cr-8Ni-2.2Mo-1.1Al鋼鍛件的原有熱處理工藝進行改進，以滿足汽輪機長葉片的性能要求。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的之一在于提供一種馬氏體沉淀硬化不銹鋼的熱處理工藝。本發(fā)明是在馬氏體沉淀硬化不銹鋼的常規(guī)熱處理工藝的固溶處理工序和時效處理工序中增加一道冰冷處理工序，以達到強度、塑性和韌性的匹配。原因如下：經(jīng)固溶處理并冷卻至常溫后的組織是馬氏體基體內(nèi)含少量奧氏體+少量δ鐵素體，由于常溫下具有奧氏體組織，此時鋼具有良好的冷加工能力，易于成形和焊接。隨后進行時效處理，殘余奧氏體開始轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，但原子在δ鐵素體中的擴散速度要比奧氏體中大幾個數(shù)量級，造成δ鐵素體過多，且δ鐵素體不參與馬氏體轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致馬氏體相變不完全，降低了鋼材的強度。而馬氏體沉淀硬化不銹鋼的Ms和終了溫度Mf比較低，室溫下不能完全變成馬氏體的不銹鋼，因此應(yīng)增加冷處理工序，然后再時效，作為固溶處理以后進行的中間處理。生產(chǎn)驗證試驗表明，采用優(yōu)化的熱處理工藝后，材料的各項性能指標(biāo)完全滿足汽輪機長葉片用鋼的使用性能要求。

所述熱處理工藝包括以下步驟：

（1）固溶處理，冷卻；

（2）冰冷處理：溫度-5~2℃，至少1小時；

（3）時效處理。

優(yōu)選地，所述馬氏體沉淀硬化不銹鋼為13Cr-8Ni-2.2Mo-1.1Al鋼。

優(yōu)選地，所述固溶處理溫度為900℃~1040℃，進一步優(yōu)選為910~950℃，特別優(yōu)選925℃。

優(yōu)選地，所述固溶處理時間為至少0.5小時，例如0.51小時、0.6小時、1小時、2小時、3小時、5小時、10小時等，特別優(yōu)選為至少1小時。

優(yōu)選地，所述固溶處理后冷卻終點為20℃以下，例如19℃、17℃、15℃、14℃、12℃、0℃、8℃、6℃、4℃、2℃等，進一步優(yōu)選為18℃以下，特別優(yōu)選為16℃以下。