一种马氏体时效不锈钢循环相变细化晶粒的方法
【专利摘要】本发明的目的在于一种马氏体时效不锈钢变温循环相变细化晶粒的工艺方法，其特征在于，首先将经过固溶热处理的马氏体时效不锈钢在790℃?800℃条件下保温10?15min；然后降温10?20℃后保温10?15min；重复降温步骤2?3次，每次保温10?15min，最后冷却至室温。采用该方法可获得高位错密度的板条状马氏体组织，提高马氏体时效不锈钢的强度和韧性，使其强韧性配合良好。
【专利说明】
一种马氏体时效不锈钢循环相变细化晶粒的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及马氏体时效不锈钢，特别提供一种马氏体时效不锈钢循环相变细化晶 粒的方法。
【背景技术】
[0002] 马氏体时效不锈钢因其具有良好的强韧性与耐蚀性，广泛的应用在航空、航天、核 技术、舰船、先进机械制造等高科技领域的承力耐蚀(或高温)部件。该钢种采用低碳马氏体 相变强化和时效强化效应叠加的手段使钢具有超高的强度的同时，还具有优异的综合性 能。从20世纪70年代以来，马氏体时效不锈钢从合金成分设计、冶炼工艺到强度级别都上升 了一个新的水平，特别是1997年Mart in等申请了马氏体时效不锈钢Custom465专利，将强度 级别从1600MPa推向了 1800Mpa。我国在2002年~2005年期间成功设计并研制出新型的超低 碳马氏体时效不锈钢F863,该钢是国内自主研发并具有自主知识产权的Cr-Ni-Co-Mo系马 氏体时效不锈钢，其强度达到1940Mpa的水平。
[0003] 但当前的马氏体时效不锈钢的发展也面临着一个突出的问题，即强韧性配合不够 优异，如何在保证马氏体时效不锈钢高强度的同时，研究如何提高韧性指标就有了重要的 理论意义和应用价值。
[0004] 细化晶粒对同时提高马氏体时效不锈钢的强度、韧性、塑性具有独特作用，常用方 法主要有如下几种：固溶热处理过程中进行形变热处理、冷加工后进行固溶热处理和反复 循环相变热处理等。固溶热处理获得超细的晶粒比较困难，同时又往往出现混晶现象;冷变 形之后，固溶热处理能获得细的晶粒，但加工变形处理容易在钢中产生织构，使马氏体时效 不锈钢的性能具有方向性，从而限制了马氏体时效不锈钢在某些关键件上的应用。循环固 溶热处理细化晶粒方法，利用了马氏体组织在加热向奥氏体逆转变时发生相变冷作硬化再 结晶的特点，可在无需塑性变形的情况下，有效地使奥氏体晶粒充分细化。在相同的时效规 程下，大幅度提高马氏体时效不锈钢的强度和塑性，特别适用于零件加工之前不能进行冷 热变形的情况。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于一种马氏体时效不锈钢变温循环相变细化晶粒的工艺方法，采 用该方法可获得高位错密度的板条状马氏体组织，提高马氏体时效不锈钢的强度和韧性， 使其强韧性配合良好。
[0006] 本发明具体提供了一种马氏体时效不锈钢循环相变细化晶粒的方法，其特征在 于，具体步骤如下：
[0007] (1 )、将经过固溶热处理的马氏体时效不锈钢在7 9 0 °C - 8 0 0 °C条件下保温10 - 15min；
[0008] (2)、降温 10-20°C 后保温 10_15min;
[0009] (3)、重复步骤(2)2-3次，最后冷却至室温。
[0010] 其中：所述固溶热处理为1100°C~1200°C下处理40min~90min，水冷，优选方案 为：1100°(：下处理6〇111丨11，水冷。
[0011] 本发明所述马氏体时效不锈钢循环相变细化晶粒的方法，其特征在于:步骤（1)- (3)保温时间相同，步骤(2)、（3)中冷却速度优选为不小于100°(：/3。
[0012] 本发明所述马氏体时效不锈钢循环相变细化晶粒的方法，其特征在于，最优选的 方案为:将马氏体时效不锈钢在1100 °C下固溶处理60min，水冷，在790 °C条件下保温15min， 再降温到780°C保温15min，然后降温到770°C保温15min，最后降温到760°C保温15min，冷却 至室温。采用该工艺处理所得不锈钢其晶粒平均尺寸约为15um左右，组织更加均匀细小。
[0013] 本发明所述马氏体时效不锈钢循环相变细化晶粒的方法，其特征在于:所述马氏 体时效不锈钢为lCrl4Col3Mo5。
[0014] 本发明所述马氏体时效不锈钢的组成及重量百分比优选为:Cr: ll-15，C〇: 10-14， Mo：3-5,Ni ： 1-3,C：0.001-0.3,Μη：0.01-0.1,Nb：0.01-0.05,P<0.01,S< 0.015,Si :0.01- 0· 1，Fe 余量。
[0015] 作为更优选的实施方案，所述马氏体时效不锈钢的组成及重量百分比为:(^:12_ 14,Co：12-13.5,Mo：4-5,Ni：1-2,C：0.001-0.2,Mn:0.05-0.08,Nb:0.03-0.05,P<0.01,S< 0.01，Si:0.01-0.1，Fe 余量。
【附图说明】
[0016] 图1是1180°C固溶热处理lh后试样钢的金相组织。
[0017] 图2实施例1循环相变细化晶粒的处理工艺。
[0018] 图3试样钢循环相变处理工艺第一阶段的金相组织。
[0019]图4试样钢循环相变处理工艺第二阶段的金相组织。
[0020]图5试样钢循环相变处理工艺第三阶段的金相组织。
[0021]图6试样钢循环相变处理工艺第四阶段的金相组织。
【具体实施方式】 [0022]试样的制备：
[0023] 选用高纯电解Fe，电解Ni，高纯Mo、Co等原料，采用超高真空感应炉熔炼25kg的钢 锭，试样钢成分如表1所示。钢锭在1100 °C ± 10 °C开锻，终锻温度为900°C ± 10°C，锻成Φ 40mm的棒材，锻件锻后在24h内进行退火处理，在860°C±10°C退火保温2-3小时，炉冷备用。 [0024]表1试样不锈钢化学成分(质量百分比％ )
[0025]
[0026] 实施例1
[0027] 取试样1不锈钢进行固溶处理，固溶热处理工艺为1100°C下处理60min，水冷。图1 为试样钢固溶处理后的金相组织，由图可见，固溶热处理后得到粗大且完全等轴化的奥氏 体晶粒，晶粒平均直径约为l〇〇um。
[0028] 图2为本实施例循环相变细化晶粒的处理工艺，其各个阶段的金相组织如图3-6所 不。
[0029]由图3-6可见，试样1不锈钢经过第一次790°CX15min循环相变后组织为明显的混 晶，晶粒大小不均匀;经过第二次780°CX15min循环相变处理后奥氏体晶粒已经发生明显 的再结晶，细小的奥氏体晶粒开始在原奥氏体晶粒边界出现，新生的晶核逐渐向晶内推移， 原奥氏体晶界逐渐消失，粗大的原奥氏体晶粒已经逐渐被细小的新生晶粒所填充;再经过 770°CX15min循环热处理后，晶粒进一步细化，再结晶的新奥氏体晶粒又发生了二次再结 晶，使再结晶的成核率提高，为下一次的再结晶提供了充分的动力学条件;经过最后一次 760°CX15min循环热处理，晶粒平均尺寸约为15um左右，得到均匀细小的组织，达到了细化 固溶态试样钢晶粒的目的。
[0030] 实施例2
[0031] 取试样2-9分别在不同条件下循环相变细化晶粒的处理，工艺参数见表2。实验发 现，随着循环相变的进行，试样钢的晶粒不断细化，最终得到均匀细小的组织。
[0032] 表2实施例不锈钢热处理工艺参数
[0033]
[0035]上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人 士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明 精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种马氏体时效不锈钢循环相变细化晶粒的方法，其特征在于，具体步骤如下： (1) 、将经过固溶热处理的马氏体时效不锈钢在790°c-800°c条件下保温10-15min; (2) 、降温 10-20°C 后保温 10_15min; (3 )、重复步骤(2) 2-3次，最后冷却至室温。2. 按照权利要求1所述马氏体时效不锈钢循环相变细化晶粒的方法，其特征在于:所述 固溶热处理为ll〇〇°C~1200°C下处理40min~90min，水冷。3. 按照权利要求1或2所述马氏体时效不锈钢循环相变细化晶粒的方法，其特征在于： 所述固溶热处理为ll〇〇°C下处理60min，水冷。4. 按照权利要求1所述马氏体时效不锈钢循环相变细化晶粒的方法，其特征在于:步骤 (1) -(3)保温时间相同。5. 按照权利要求1所述马氏体时效不锈钢循环相变细化晶粒的方法，其特征在于:步骤 (2) 、（3)中冷却速度不小于100°(：/3。6. 按照权利要求1所述马氏体时效不锈钢循环相变细化晶粒的方法，其特征在于:具体 步骤为，将马氏体时效不锈钢在1100 °C下固溶处理60min，水冷，在790 °C条件下保温15min， 再降温到780°C保温15min，然后降温到770°C保温15min，最后降温到760°C保温15min，冷却 至室温。7. 按照权利要求1所述马氏体时效不锈钢循环相变细化晶粒的方法，其特征在于:所述 马氏体时效不锈钢为lCrl4Col3Mo5。8. 按照权利要求1所述马氏体时效不锈钢循环相变细化晶粒的方法，其特征在于，所述 马氏体时效不锈钢的组成及重量百分比为：Cr :12.8-15.2，Co :12-14.5，Mo :4.0-5.5，Ni: 0.5-2,C：0.13-0.19,Mn： < 0.20 ,Nb ： 0.2-0.3 ,Ti ： 0.2-0.3 ,P ： <0.02,S： <0.01,Si： < 0.20,0< 0.005，N< 0.02，Fe余量。9. 按照权利要求1或8所述马氏体时效不锈钢循环相变细化晶粒的方法，其特征在于， 所述马氏体时效不锈钢的组成及重量百分比为:Cr :13.0-15.0，Co :12-14，Mo :4.0-5.5，Ni: 0.5-l,C：0.13-0.19,Mn： < 0.20 ,Nb ： 0.2-0.3 ,Ti ： 0.2-0.3 ,P ： <0.02,S： <0.01,Si： < 0.20,0< 0.005，N< 0.02，Fe余量。
【文档编号】C22C38/52GK105838862SQ201610362103
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月26日
【发明人】都祥元, 孔凡亚, 徐殿鑫, 李红军, 郭诚, 陈雅文
【申请人】中国科学院金属研究所