[發明專利]一種含Nb的Cr-Ni系鑄造奧氏體耐熱不銹鋼的熱處理方法

在審

• 申請號: 202111054426.1
• 申請日: 2021-09-09
• 公開（公告）號: CN113832412A
• 公開（公告）日: 2021-12-24
• 發明（設計）人: 鄧晗;陳璐;王瑞;朱貴華;海豐龍;李婁明
• 申請（專利權）人: 中車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司
• 主分類號: C22C38/48
• 分類號: C22C38/48;C22C38/04;C22C38/58;C22C38/02;C22C38/34;C21D6/00;C21D1/26
• 代理公司: 南京樂羽知行專利代理事務所(普通合伙) 32326
• 代理人: 朱磊

本發明涉及一種含Nb的Cr?Ni系鑄造奧氏體耐熱不銹鋼的熱處理方法，屬于材料技術領域。本發明含Nb的Cr?Ni系鑄造奧氏體耐熱不銹鋼,包括以下組分0.25?0.55wt％的C，0.1?3wt％的Nb，18?26wt％的Cr，8?38wt％的Ni，0.1?2.5wt％的Mn，0.1?2.5wt％的Si，0.1?1wt％的Mo，0.001?0.08wt%的P，0.001?0.08wt%的S，其余為Fe和不可避免的雜質。本發明的有益效果：通過合適的固溶溫度、保溫時間、退火溫度可以有效控制Nb含量過高后組織內出現脆硬組織σ相，使其有效的固溶于基體增加材料的韌性，提高其綜合力學性能。

技術領域

本發明涉及一種含Nb的 Cr-Ni系鑄造奧氏體耐熱不銹鋼的熱處理方法，屬于材料技術領域。

背景技術

汽車的渦輪增加技術能夠有效提高燃油效率，降低廢氣排放量，因此被各大汽車廠商廣泛采用。與自然吸氣相比，渦輪增壓使排氣溫度提高至1000℃以上，傳統的高硅鉬球鐵、高鎳奧氏體球鐵已不能滿足需求，因此奧氏體不銹鋼成為汽車渦輪增壓器等高溫服役零件的首選材料。

Nb元素是一種高熔點元素，對鐵基合金不論是室溫還是高溫下都有著強烈的固溶強化作用，奧氏體耐熱不銹鋼中加入較低含量的Nb，可以改善其抗晶界腐蝕，使奧氏體耐熱不銹鋼具備了更好的抗高溫腐蝕能力，提高其在高溫環境蠕變持久性能。但奧氏體耐熱不銹鋼中加入較低含量的Nb則會形成脆硬組織σ相。σ相種類繁多，已知文獻中已有多達60余種，在各種不同的條件下產生，大多為用于焊接的低碳不銹鋼。

Cr-Ni奧氏體不銹鋼具有優良的耐腐蝕性、力學性能和生物相容性，通常Cr-Ni系鑄造奧氏體不銹鋼凝固過程，首先從液態析出δ，然后析出γ，隨著溫度下降δ向γ轉變，最后完全凝固，形成奧氏體基體。Nb元素是一種強碳化物形成元素，可在高溫下形成穩定的碳化物。由于碳原子的擴散速度遠大于金屬擴散，因此在凝固過程中Nb會優先形成碳、氮化物，隨著液相中碳的損失，使得γ相區減小，包晶反應過程中Cr偏析加劇，δ相出現數量急劇增加，形成亞包晶反應，在完全凝固后形成大量殘余δ相，隨著溫度下降，殘余的δ相轉變形成脆硬組織σ相。脆硬組織σ相是一種Cr富集的鐵素體固溶體，該組織顯微硬度可達250HV以上，因此,這種組織是 Cr-Ni系鑄造奧氏體耐熱不銹鋼中的有害組織會降低材料的抗氧化性能和力學性能。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術中含Nb的 Cr-Ni系鑄造奧氏體耐熱不銹鋼中出現的有害組織σ相的問題，提出一種含Nb的 Cr-Ni系鑄造奧氏體耐熱不銹鋼的熱處理方法，有效提高目標不銹鋼的綜合力學性能。

本發明通過以下技術方案實現發明目的：一種含Nb的 Cr-Ni系鑄造奧氏體耐熱不銹鋼的熱處理方法，包括以下步驟：

第一步、將鑄造奧氏體耐熱不銹鋼鑄件進行拋丸或清洗，除去表面油漆或油污;

第二步、將所述奧氏體耐熱不銹鋼鑄件放入熱處理爐中進行熱處理，在氮氣保護下升溫至1050℃～1250℃;

第三步、對熱處理爐在1050℃～1250℃下保溫；

第四步、將熱處理爐爐冷至750℃～800℃;

第五步、對熱處理爐在750℃～800℃下保溫；

第六步、從熱處理爐中取出保溫后的鋼錠，暴露于空氣中冷卻,完成熱處理。

上述方法的所述第一步中鑄造奧氏體耐熱不銹鋼包括以下組分0.25-0.55wt％的C，0.1-3wt％的Nb，18-26wt％的Cr，8-38wt％的Ni，0.1-2.5wt％的Mn，0.1-2.5wt％的Si，0.1-1wt％的Mo，0.001-0.08wt%的P，0.001-0.08wt%的S，其余為Fe和不可避免的雜質。本方法針對經金相檢驗確定含有σ相的鑄造奧氏體耐熱不銹鋼鑄件，在進行熱處理之前，需要清理表面油漆和油污，避免熱處理時燃燒產生煙塵。

所述第二步中加熱速度均為5～10℃/min。加熱速度不宜過快，會造成被處理的鑄件內外溫度差異過大。