一種馬氏體熱強鋼的製作方法
2023-04-23 13:56:01 1
專利名稱：一種馬氏體熱強鋼的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種可在600℃以下長期使用的馬氏體熱強鋼。
背景技術：
1Cr11Ni2W2MoV合金，成分為，重量百分比C0.10～0.16、Cr10.5～12.0、Ni1.40～1.80、Mo0.35～0.50、V0.18～0.30、Si≤0.60、Mn≤0.60、S≤0.020、P≤0.030、Cu≤0.30、W0.70～1.00、Fe餘量，是一種馬氏體熱強不鏽鋼，該鋼的室溫強度、持久強度均較高，並有良好的韌性和抗氧化性能，在淡水和溼空氣中有較好的耐蝕性。該鋼適用於製造在550℃以下及潮溼條件下工作的承力件。它的缺點是(1)焊接性差，焊後必須及時進行熱處理。(2)應力腐蝕敏感，零件在應力長期作用下易失效。
發明內容
本發明的目的在於提供一種馬氏體熱強鋼，該合金具有較高的強度，良好的塑性和耐腐蝕性，同時具備良好的可焊接性。
本發明具體提供了一種馬氏體熱強鋼，其特徵在於所述合金的主要成分為，重量百分比C0.05～0.09、Cr10.5～12.0、Ni1.40～1.80、Mo0.35～0.50、V0.15～0.25、Nb0.05～0.15、Si≤0.60、Mn≤0.60、S≤0.020、P≤0.030、Cu≤0.30、Fe餘量。
本發明還提供了上述馬氏體熱強鋼的熱處理方法，其特徵在於在1000～1050℃油淬，630～670℃回火，或者540～570℃回火。
本發明馬氏體熱強鋼中的合金化元素共有6種，其在合金中的作用分別如下本發明馬氏體熱強鋼中的碳，可以擴大γ相區，隨著碳含量的增加，合金的強度、硬度增加，塑性、韌性下降。
本發明馬氏體熱強鋼中的鉻，可以提高鋼的強度、硬度，並極少降低彈性，能改善鋼的耐熱和抗氧化性能。
本發明馬氏體熱強鋼中的鎳，可以提高鋼的淬硬性，鉻—鎳鋼具有不鏽、抗氧化和耐熱的性能。
本發明馬氏體熱強鋼中的鉬，可以改善抗拉強度、耐熱性，並對焊接性能有良好的影響，當鉬與鉻、鎳組合共同用於合金鋼時，鉬可提高屈服點和抗拉強度。
本發明馬氏體熱強鋼中的釩，改善熱硬性，並減慢晶粒長大，能形成強碳化物，提高鋼的抗拉強度和屈服極限。
本發明馬氏體熱強鋼中的鈮，可以增加回火穩定性，有二次硬化作用；由於有固定碳和沉澱硬化作用，可提高鋼的蠕變性能；有細化晶粒作用，提高鋼的衝擊韌性，並降低脆性轉變溫度，微量鈮可以不影響塑性和韌性而提高強度。
與OCr11Ni2MoVNb相比本發明馬氏體熱強鋼有以下優點(1)相同制度熱處理後的性能對比①620℃以上回火，本發明OCr11Ni2MoVNb合金的抗拉強度、斷面收縮率和硬度均高於1Cr11Ni2W2MoV合金。
②600℃以上回火，本發明OCr11Ni2MoVNb合金的屈服強度高於1Cr11Ni2W2MoV合金。
③OCr11Ni2MoVNb合金滿足技術條件要求強度、硬度的回火溫度範圍較寬，這在生產上容易控制。
(2)在相同的鹽霧腐蝕條件下，本發明OCr11Ni2MoVNb合金的耐蝕性高於1Cr11Ni2w2MoV合金。
(3)經相同制度熱處理後，本發明OCr11Ni2MoVNb合金的晶粒較1Cr11Ni2w2MoV合金細。
(4)本發明OCr11Ni2MoVNb合金的焊接性能比1Cr11Ni2w2MoV合金好。
總之，本發明通過優化合金成分、熱處理工藝，確定了生產工藝；通過材料的相組成分析、組織性能關係研究、熱處理工藝對組織、性能影響的研究、耐蝕性及抗氧化性試驗，從而使合金達到了較高的質量水平。
圖1為OCr11Ni2MoVNb與1Cr11Ni2W2MoV強度對比；圖2為OCr11Ni2MoVNb與1Cr11Ni2W2MoV塑性對比；圖3為OCr11Ni2MoVNb與1Cr11Ni2W2MoV衝擊功對比；圖4為OCr11Ni2MoVNb與1Cr11Ni2W2MoV硬度對比；圖5為淬火溫度對強度的影響；圖6為淬火溫度對塑性的影響；圖7為淬火溫度對抗拉強度的影響；圖8為淬火溫度對屈服強度的影響；圖9為淬火溫度對延伸率的影響；圖10為淬火溫度對面縮率的影響；圖11為淬火溫度對衝擊值的影響；圖12為淬火溫度對硬度的影響；圖13為淬火時間對強度的影響；圖14為淬火時間對塑性的影響；圖15為淬火時間對衝擊值與硬度的影響；圖16為回火時間對強度的影響；
圖17為回火時間對塑性的影響；圖18為回火時間對對衝擊值與硬度的影響；圖19為回火溫度對強度的影響；圖20為回火溫度對塑性的影響；圖21為回火溫度對對衝擊值與硬度的影響。；
具體實施例方式採用真空感應+電渣重熔雙聯工藝冶煉0Cr11Ni2MoVNb合金，其化學成分見表1中的實施例1、2。
表1 試驗料化學成分重量％
實施例1由金相照片上可以看出，本發明OCr11Ni2MoVNb的原始組織為回火馬氏體，晶粒度約為9～10級，從金相的顏色不均勻看，有部分是馬氏體或低溫回火馬氏體。圖1～4給出了實施例10Cr11Ni2MoVNb合金棒材與1Cr11Ni2W2MoV合金棒材的性能對比，由圖1～4可以看出，材料經1010℃淬火後，大約在高於620℃回火時，0Cr11Ni2MoVNb合金抗拉強度、斷面收縮率和硬度均高於1Cr11Ni2W2MoV合金；大約在高於590℃回火時，1Cr11Ni2W2MoV合金的延伸率大於0Cr11Ni2MoVNb合金；大約在高於600℃回火時，0Cr11Ni2MoVNb合金的屈服強度高於1Cr11Ni2W2MoV合金。
實施例2將實施例20Cr11Ni2MoVNb合金與1Cr11Ni2W2MoV合金，在5％NaCl水溶液中進行鹽霧腐蝕試驗，0Cr11Ni2MoVNb合金的耐蝕性優於1Cr11Ni2W2MoV合金。
淬火溫度對力學性能的影響，見圖5、6，隨淬火溫度的提高，抗拉強度、屈服強度增加，超過技術條件規定的上限淬火溫度(1050℃)後，強度繼續增加，但塑性略有下降。
各淬火溫度下，回火溫度對力學性能的影響對比見圖7～12。可以看出，隨回火溫度的提高，強度下降，塑性變化不大，衝擊值增加。由圖7可見，較低溫度的1010℃淬火下，中上限溫度回火後的抗拉強度未達到技術條件要求，但較高溫度淬火(如1050℃)，在640～670℃回火範圍內，抗拉強度均達到技術條件要求。
淬火時間以及規定製度內不同回火時間材料的力學性能，見圖13～15。從圖13可以看出，淬火時間的變化對強度影響較明顯，隨淬火時間的延長，兩種強度都稍有下降，但在試驗中3種時間下都能滿足技術條件要求；淬火時間對塑性、韌性及硬度影響不是很大，在3種淬火時間+655℃×2h回火後性能都能滿足技術條件要求。
回火時間對力學性能的影響，見圖16～18，可以看出，除了空冷的屈服強度稍高外，回火冷卻方式對材料的力學性能影響不是很大；隨回火時間的延長，材料的強度下降，回火1小時，抗拉強度都能滿足要求，回火2小時，水冷的抗拉強度過低，回火3小時的只有空冷的抗拉強度能滿足要求，回火5小時都不能滿足要求；回火時間的變化對材料的塑性、韌性及硬度影響不大。
回火溫度對力學性能的影響，見圖19～21，從圖中可以看出，隨回火溫度的升高，材料的強度塑性略有增加，硬度稍有下降；在低於500℃回火時，材料的強度稍有升高，再增加回火溫度，強度逐漸下降；材料的衝擊韌性在500℃左右回火時急劇下降，判斷該材料的回火脆性區大約在500℃左右。
回火脆性的確定，1040℃淬火經400℃～560℃回火後材料的衝擊值見圖12，從圖中可以看出，當在460℃～520℃區間回火時，材料的衝擊韌性明顯降低，可以確定其回火脆性區在460℃～520℃。
由以上兩個實施例，得出結論本發明0Cr11Ni2MoVNb原始組織為回火馬氏體，晶粒度約為9～10級。
材料經1010℃淬火後，大約在高於620℃回火時，0Cr11Ni2MoVNb合金抗拉強度、斷面收縮率和硬度均高於1Cr11Ni2W2MoV合金；大約在高於590℃回火時，1Cr11Ni2W2MoV合金的延伸率大於0Cr11Ni2MoVNb合金；大約在高於600℃回火時，0Cr11Ni2MoVNb合金的屈服強度高於1Cr11Ni2W2MoV合金。
本發明0Cr11Ni2MoVNb合金的熱塑性較好。
本發明0Cr11Ni2MoVNb合金隨淬火溫度的提高，抗拉強度、屈服強度增加，晶粒尺寸略有長大，但變化不大。
本發明0Cr11Ni2MoVNb合金隨回火溫度的提高，強度下降，塑性變化不大，衝擊值增加。
本發明0Cr11Ni2MoVNb合金淬火時間的變化對強度影響較明顯，隨淬火時間的延長，兩種強度都稍有下降，淬火時間對塑性、韌性及硬度影響不是很大，隨淬火時間的延長，晶粒稍有長大。
本發明0Cr11Ni2MoVNb合金回火冷卻方式對材料的力學性能影響不是很大，隨回火時間的延長，材料的強度下降，回火時間的變化對材料的塑性、韌性及硬度影響不大，隨著回火時間的延長，析出的碳化物不斷長大、聚集。
本發明0Cr11Ni2MoVNb合金隨回火溫度的升高，材料的強度塑性略有增加，硬度稍有下降；在低於500℃回火時，材料的強度稍有升高，再增加回火溫度，強度逐漸下降；材料的衝擊韌性在500℃左右回火時急劇下降，回火脆性區在460℃～520℃。
權利要求
1.一種馬氏體熱強鋼，其特徵在於所述合金的主要成分為，重量百分比C0.05～0.09、Cr10.5～12.0、Ni1.40～1.80、Mo0.35～0.50、V0.15～0.25、Nb0.05～0.15、Si≤0.60、Mn≤0.60、S≤0.020、P≤0.030、Cu≤0.30、Fe餘量。
2.一種權利要求1所述馬氏體熱強鋼的熱處理方法，其特徵在於在1000～1050℃油淬，630～670℃回火。
3.一種權利要求1所述馬氏體熱強鋼的熱處理方法，其特徵在於在1000～1050℃油淬540～570℃回火。
全文摘要
一種馬氏體熱強鋼，其特徵在於所述合金的主要成分為C 0.05～0.09、Cr10.5～12.0、Ni1.40～1.80、Mo0.35～0.50、V0.15～0.25、Nb0.05～0.15、Si≤0.60、Mn≤0.60、S≤0.020、P≤0.030、Cu≤0.30、Fe餘量。本發明合金具有較高的強度，良好的塑性和耐腐蝕性，同時具備良好的可焊接性。
文檔編號C21D1/18GK101063190SQ20061004638
公開日2007年10月31日 申請日期2006年4月25日 優先權日2006年4月25日
發明者馬鳳春, 史鳳嶺, 方波, 魏明霞, 楊鋼, 王立民, 吳佩林 申請人:瀋陽黎明航空發動機(集團)有限責任公司