一种获得高强韧耐热钢的热处理方法 |
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| 申请号 | CN202311592960.7 | 申请日 | 2023-11-27 | 公开(公告)号 | CN117568561A | 公开(公告)日 | 2024-02-20 |
| 申请人 | 四川大学; | 发明人 | 鲜广; 李林; 罗颖智; 范洪远; 孙兰; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及耐热 钢 铸件制造技术领域，具体涉及一种获得高强韧耐热钢的 热处理 方法。所述耐热钢成分为：0.20%≤C≤0.26%，Si≤0.40%，0.50%≤Mn≤0.80%，P≤0.03%，S≤0.02%，11.30%≤Cr≤12.20%，1.00%≤Mo≤1.20%，Ni≤1.00%，Cu≤0.30%，0.25%≤V≤0.35%，W≤0.50%，其余为Fe；铸件经 铸造 成型后依次进行去应 力 退火 、淬火和三次回火处理。本发明获得的 马 氏体耐热钢组织中有大量细小分散的 碳 化物，使得铸件具有高的强度和塑韧性。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种获得高强韧耐热钢的热处理方法，其特征在于，将铸造获得的铸态耐热钢材料首先进行去应力退火，再进行油淬，最后进行三次回火； |
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| 说明书全文 | 一种获得高强韧耐热钢的热处理方法技术领域[0001] 本发明涉及耐热钢铸件制造技术领域，具体涉及一种获得高强韧耐热钢的热处理方法。 背景技术[0002] 马氏体耐热钢是燃气轮机、汽轮机、航空发动机、锅炉等装备中大量使用的重要结构材料之一。为获得稳定的组织和优良的综合力学性能，马氏体耐热钢铸件在铸造后必须进行热处理。目前，淬火+回火仍然是马氏体耐热钢的最终热处理工艺。然而，这类钢在热处理时为保障钢具有良好的塑性时，回火温度通常取值较高，使得这类钢的强度被大幅度牺牲。强度是材料抵抗变形和破坏的能力，高强度耐热钢不仅可以提高机械装备的安全性，而且还有利于轻量化。因此，提高马氏体耐热钢的强度和同时保障其良好的塑韧性对高性能装备制造具有重要意义。论文“GX23CrMoV12‑1钢燃气轮机铸件热处理工艺研究”报道了一种在Cr12不锈钢的基础上发展而成的GX23CrMoV12‑1耐热钢铸件的热处理方法为1040~1060℃风冷淬火+730 750℃炉冷回火，该热处理方法获得的马氏体耐热钢塑性和韧性好，~ 但抗拉强度和屈服强度分别局限在800MPa和600MPa上下。通过降低回火温度可以提高大幅增加强度，但又使得其塑性不足；通过直接延长回火保温时间，马氏体耐热钢的塑性变化并不明显，甚至降低。 发明内容[0003] 本发明为解决上述技术问题，提供了一种获得高强韧耐热钢的热处理方法。 [0004] 具体是通过以下技术方案实现的：一种获得高强韧耐热钢的热处理方法，将铸造获得的铸态耐热钢材料首先进行去应力退火，再进行油淬，最后进行三次回火； 所述铸后退火的工艺条件为：在热处理炉内以5 15℃/min的升温速率升温至660~ ~ 700℃，保温1h后，炉冷至室温； 所述油淬的工艺条件为：在热处理炉内以5 15℃/min的升温速率升温至1030~ ~ 1070℃，保温1h后，将材料取出进行油冷； 所述回火的工艺条件为：以5 15℃/min的升温速率升温至500 570℃，保温1h后，~ ~ 将材料取出进行空冷； 所述三次回火是连续进行的； 所述耐热钢材料的尺寸为100mm×40mm×40mm。 [0005] 进一步地，所述耐热钢材料为马氏体耐热钢，以质量分数计的马氏体耐热钢成分为：0.20%≤C≤0.26%，Si≤0.40%，0.50%≤Mn≤0.80%，P≤0.03%，S≤0.02%，11.30%≤Cr≤12.20%，1.00%≤Mo≤1.20%，Ni≤1.00%，Cu≤0.30%，0.25%≤V≤0.35%，W≤0.50%，其余为Fe。 [0006] 本发明与现有技术相比，有益效果是：采用三次500℃回火的目的是得到足够多的细小分分散的碳化物（Cr23C6、MoC、VC），在改善塑韧性的同时获得二次强化效应，既可避免730 750℃高温度回火过程中碳化物的聚集而降低强度，又可避免一次长时间保温回火过~ 程中碳化物的持续长大而降低强度。而且，500℃回火的能耗较730 750℃高温度回火的能~ 耗更低。 具体实施方式[0008] 实施例1将铸造成型的马氏体耐热钢（质量分数为：0.20%≤C≤0.26%，Si≤0.40%，0.50%≤Mn≤0.80%，P≤0.03%，S≤0.02%，11.30%≤Cr≤12.20%，1.00%≤Mo≤1.20%，Ni≤1.00%，Cu≤0.30%，0.25%≤V≤0.35%，W≤0.50%，其余为Fe）铸件加工成尺寸为100mm×40mm×40mm的块体，随后将其放入热处理炉中，以10℃/min的升温速率升温至680℃，保温1h后，炉冷至室温；再将其放进热处理内，以10℃/min的升温速率升温至1050℃，保温1h后，将材料取出进行油冷；再将其放进热处理内，以10℃/min的升温速率升温至500℃，保温1h后，将材料取出进行空冷；然后，再将其放进热处理内，以10℃/min的升温速率升温至500℃，保温1h后，将材料取出进行空冷；最后，再将其放进热处理内，以10℃/min的升温速率升温至500℃，保温 1h后，将材料取出进行空冷。 [0009] 实施例2将铸造成型的马氏体耐热钢（质量分数为：0.20%≤C≤0.26%，Si≤0.40%，0.50%≤Mn≤0.80%，P≤0.03%，S≤0.02%，11.30%≤Cr≤12.20%，1.00%≤Mo≤1.20%，Ni≤1.00%，Cu≤0.30%，0.25%≤V≤0.35%，W≤0.50%，其余为Fe）铸件加工成尺寸为100mm×40mm×40mm的块体，随后将其放入热处理炉中，以10℃/min的升温速率升温至660℃，保温1h后，炉冷至室温；再将其放进热处理内，以10℃/min的升温速率升温至1060℃，保温1h后，将材料取出进行油冷；再将其放进热处理内，以10℃/min的升温速率升温至570℃，保温1h后，将材料取出进行空冷；然后，再将其放进热处理内，以10℃/min的升温速率升温至550℃，保温1h后，将材料取出进行空冷；最后，再将其放进热处理内，以10℃/min的升温速率升温至500℃，保温 1h后，将材料取出进行空冷。 [0010] 对比例1将铸造成型的马氏体耐热钢（质量分数为：0.20%≤C≤0.26%，Si≤0.40%，0.50%≤Mn≤0.80%，P≤0.03%，S≤0.02%，11.30%≤Cr≤12.20%，1.00%≤Mo≤1.20%，Ni≤1.00%，Cu≤0.30%，0.25%≤V≤0.35%，W≤0.50%，其余为Fe）铸件加工成尺寸为100mm×40mm×40mm的块体，随后将其放入热处理炉中，以10℃/min的升温速率升温至680℃，保温1h后，炉冷至室温；再将其放进热处理内，以10℃/min的升温速率升温至1050℃，保温1h后，将材料取出进行油冷。 [0011] 对比例2将铸造成型的马氏体耐热钢（质量分数为：0.20%≤C≤0.26%，Si≤0.40%，0.50%≤Mn≤0.80%，P≤0.03%，S≤0.02%，11.30%≤Cr≤12.20%，1.00%≤Mo≤1.20%，Ni≤1.00%，Cu≤0.30%，0.25%≤V≤0.35%，W≤0.50%，其余为Fe）铸件加工成尺寸为100mm×40mm×40mm的块体，随后将其放入热处理炉中，以10℃/min的升温速率升温至680℃，保温1h后，炉冷至室温；再将其放进热处理内，以10℃/min的升温速率升温至1050℃，保温1h后，将材料取出进行油冷；再将其放进热处理内，以10℃/min的升温速率升温至740℃，保温1h后，将材料取出进行空冷。 [0012] 对比例3将铸造成型的马氏体耐热钢（质量分数为：0.20%≤C≤0.26%，Si≤0.40%，0.50%≤Mn≤0.80%，P≤0.03%，S≤0.02%，11.30%≤Cr≤12.20%，1.00%≤Mo≤1.20%，Ni≤1.00%，Cu≤0.30%，0.25%≤V≤0.35%，W≤0.50%，其余为Fe）铸件加工成尺寸为100mm×40mm×40mm的块体，随后将其放入热处理炉中，以10℃/min的升温速率升温至680℃，保温1h后，炉冷至室温；再将其放进热处理内，以10℃/min的升温速率升温至1050℃，保温1h后，将材料取出进行油冷；再将其放进热处理内，以10℃/min的升温速率升温至500℃，保温1h后，将材料取出进行空冷。 [0013] 对比例4将铸造成型的马氏体耐热钢（质量分数为：0.20%≤C≤0.26%，Si≤0.40%，0.50%≤Mn≤0.80%，P≤0.03%，S≤0.02%，11.30%≤Cr≤12.20%，1.00%≤Mo≤1.20%，Ni≤1.00%，Cu≤0.30%，0.25%≤V≤0.35%，W≤0.50%，其余为Fe）铸件加工成尺寸为100mm×40mm×40mm的块体，随后将其放入热处理炉中，以10℃/min的升温速率升温至680℃，保温1h后，炉冷至室温；再将其放进热处理内，以10℃/min的升温速率升温至1050℃，保温1h后，将材料取出进行油冷；再将其放进热处理内，以10℃/min的升温速率升温至500℃，保温3h后，将材料取出进行空冷。 [0014] 为考察以上实施例和对比例所得耐热钢材料的性能，采用电子万能试验机测试材料的强度和塑性，采用洛氏硬度计检测材料的硬度，测试结果如下表所示：项目 抗拉强度/MPa 条件屈服强度/MPa 延伸率/% 硬度/HRC 实施例1 1445.4 1339.7 14.3 47.1 实施例2 1285.7 1132.3 17.6 40.6 对比例1 1200.0 1119.9 1.6 45.3 对比例2 791.0 657.8 20.0 24.1 对比例3 1455.2 1345.6 10.3 46.7 对比例4 1498.3 1399.8 9.0 51.2 通过以上实施例和对比例的实验结果发现，对马氏体耐热钢采用中温多次回火的回火处理工艺不仅可以获得较高的强度，同时还可以获得较好的塑性。相比于高温度一次回火处理工艺，本发明获得的马氏体耐热钢抗拉强度和屈服强度显著提高，相较于同温度的一次同等保温时间的回火处理工艺，本发明获得的马氏体耐热钢塑性更好。 |
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