[發明專利]一種充分固溶和充分升溫時效熱處理方法

在審

• 申請號: 202011428102.5
• 申請日: 2020-12-07
• 公開（公告）號: CN112695171A
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發明（設計）人: 李志廣;楊博;孔冰;楊文影;李全平;安文忠
• 申請（專利權）人: 山西柴油機工業有限責任公司
• 主分類號: C21D1/78
• 分類號: C21D1/78;C21D6/00
• 代理公司: 北京潤捷智誠知識產權代理事務所(普通合伙) 11831
• 代理人: 安利霞

本發明提供一種充分固溶和充分升溫時效熱處理方法。所述方法包括：充分固溶熱處理過程以及充分升溫時效熱處理過程。本發明的方案可解決了現有奧氏體不銹鋼熱處理“質量穩定性差、合格品率低、硬度偏低、力學性能低與一致性差、加熱時間長、效率低、熱處理設備加熱可靠性差與高溫元器件使用壽命低以及成本高”等“一長一高三差五低”特有熱處理技術難題。

技術領域

本發明涉及材料熱處理技術領域，特別是指一種充分固溶和充分升溫時效熱處理方法。

背景技術

奧氏體不銹鋼與合金結構鋼的熱處理原理截然不同：合金結構鋼在高溫條件下能發生高溫奧氏體組織轉變，因此，合金結構鋼極易通過淬火和回火熱處理方法大幅度提高材料硬度(或力學性能)；而奧氏體不銹鋼在高溫條件下不能發生高溫奧氏體組織轉變(只能溶解與析出合金元素強化相)，因此，奧氏體不銹鋼極難通過固溶和時效熱處理方法大幅度提高材料硬度(或力學性能)。

固溶熱處理的含義是：將奧氏體不銹鋼加熱至一定溫度保持，使過剩相充分溶解，然后冷卻以獲得過飽和固溶體的熱處理工藝，獲得過飽和強化固溶體、為沉淀硬化處理做好組織準備、消除應力和成形工序間加工硬化；

時效熱處理的含義是：在工件經過固溶處理后再在室溫或過于室溫的溫度保持，在過飽和固溶體中形成溶質原子偏聚區和(或)使第二相粒子析出彌散分布過剩相析出而使材料硬化的熱處理工藝。

奧氏體不銹鋼主要強化相是合金碳化物，弱化項是金屬間化合物(如Fe₂W、Fe₂Mo、CuO、FeS、FeO和MnS等)；不同材料即使是同一種金屬元素的強化相的類型、數量、大小、形狀、分布、熔點、脆性及硬度等也因采用的充分固溶與時效熱處理方法不同而不同，合金元素越多其差異性越大。

鎳、鉻、鎢、鉬、釩、鈦、鋁、鈮等合金元素所形成的碳化物在鋼中的相對穩定性由高到低排列順序是：Hf＞Zr＞Ti＞Ta＞Nb＞V＞W＞Mo＞Cr＞Mn＞Fe＞Co＞Ni，因此，在鋼中溶解上述合金元素可形成有限溶解的(Fe，Cr)₃C、(Fe，Cr)₇C₃、(W，Mo)₆C和(Fe，Cr，Ni，Mn，W，Mo)₂₃C₆等合金滲碳體以及完全互溶的Mn₃C、Fe₃C、(Fe，Mn)₃C、VC、Ta、NbC、(V，Ta，Nb)C、Mo₂C、W₂C、Fe₃W₃C、Fe₃Mo₃C、Fe₃(W，Mo)₃C等合金滲碳體；當固溶溫度≥1000℃和≥1050℃時，多數碳化物相才分別基本溶解和完全溶解(相應也會影響時效過程)；最為關鍵的是現有傳統主流奧氏體不銹鋼固溶技術的溫度為最高理論固溶溫度，不能獲得較為理想類型與數量的充分固溶溶解碳化物強化相和金屬間化合物強化相。因此，充分固溶溫度不是一個簡單不變的單點溫度數值，而是一個復雜多變的多點溫度區間范圍。

如圖1所示，現有傳統主流奧氏體不銹鋼固溶熱處理方法是溫度(為最高理論固溶溫度)與時間為唯一條件下的一階段單點固定式等溫固溶熱處理方法。現有傳統主流奧氏體不銹鋼固溶熱處理方法只能有效提高奧氏體不銹鋼中的一種或少數合金元素強化相的充分固溶溶解能力、范圍、質量與效率等，不能大幅度提高其它絕大多數合金元素強化相的充分固溶溶解能力、范圍、質量與效率等，即使是增大固溶時間也是收效甚微(當時間達到一定程度以后，該一種或少數合金元素固溶強化相的充分固溶溶解能力、范圍、質量與效率等則會達到極限飽和狀態)，合金元素強化相只能達到非常有限的充分固溶溶解能力、范圍、質量與效率等，因此，現有傳統主流奧氏體不銹鋼固溶熱處理方法其實質為一階段單點固定式有限固溶熱處理方法，是一種“以偏概全”非“統籌兼顧”的熱處理方法。