一種提高9～12%Cr含硅馬氏體耐熱鋼沖擊韌性的熱處理工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于馬氏體耐熱鋼的產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)，特別涉及要求較高的沖擊韌性的一種 熱處理技術(shù)，具體涉及一種提高9?12%Cr含硅馬氏體耐熱鋼沖擊韌性的熱處理工藝。
【背景技術(shù)】
[0002] 9?12%Cr馬氏體耐熱鋼以其較低的熱膨脹系數(shù)和較高的導(dǎo)熱率等優(yōu)良性能，已 成為快中子堆、未來(lái)核聚變等先進(jìn)核反應(yīng)系統(tǒng)的包層和包殼候選結(jié)構(gòu)材料。隨著設(shè)備服役 溫度的提高和面臨的更為苛刻的腐蝕性環(huán)境，進(jìn)一步要求提高9?12%Cr馬氏體耐熱鋼的 耐腐蝕性能。通過(guò)在馬氏體鋼中添加適量的硅元素可以形成氧化硅層，有效地提高其耐蝕 性能，但元素硅的加入在提高馬氏體耐熱鋼的耐蝕性的同時(shí)會(huì)降低其韌性，導(dǎo)致該耐熱鋼 在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)因脆性過(guò)大而發(fā)生斷裂等失效形式，降低材料的使用壽命。因此，研究 提高9?12%Cr含硅馬氏體耐熱鋼的沖擊韌性成為熱門(mén)課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供了一種在保證材料強(qiáng)度的同時(shí)，能有效 提高其沖擊韌性，延長(zhǎng)材料使用壽命的熱處理工藝。
[0004] 本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0005] -種提高9?12%Cr含硅馬氏體耐熱鋼沖擊韌性的熱處理工藝，其制備工藝如 下：
[0006] ①正火后冷卻：在正火溫度為1050±50°C條件下保溫0. 5?lh，隨后空冷至室 溫；
[0007] ②回火后冷卻：在回火溫度為760±50°C條件下保溫1?2h，隨后油冷至室溫；
[0008] ③去應(yīng)力退火：在去應(yīng)力退火溫度為250±50°C條件下保溫2. 5?3. 5h，隨后空冷 至室溫。
[0009] 優(yōu)選的制備工藝如下：
[0010] ①正火后冷卻：在正火溫度為1050±10°c條件下保溫0. 5h，隨后空冷至室溫；
[0011] ②回火后冷卻：在回火溫度為760±10°C條件下保溫1. 5h，隨后油冷至室溫；
[0012] ③去應(yīng)力退火：在去應(yīng)力退火溫度為250±10°C條件下保溫3h，隨后空冷至室溫。
[0013] 工藝要點(diǎn)：
[0014] 熱處理工藝采用正火+高溫回火的方式進(jìn)行。正火的目的是為了消除鍛造組織中 的粗大碳化物，在奧氏體化狀態(tài)將其固溶入基體，同時(shí)通過(guò)合適的正火溫度獲得合適的晶 粒大小?；鼗鸬哪康氖菫榱擞行Оl(fā)揮碳化物的析出強(qiáng)化作用，在保證高強(qiáng)度的同時(shí)得到較 高的沖擊韌性?；鼗鸪鰻t后采用快冷，避免因發(fā)生回火脆性導(dǎo)致沖擊功降低。
[0015] 本發(fā)明所述9?12%Cr含硅馬氏體耐熱鋼的成分為，以重量百分含量計(jì)（％)，包 含：C:0? 19 ?0? 25%，Si:1. 0 ?1. 3%，Cr:9. 5 ?10. 5%%，Mn:0? 5 ?1. 1%，W:1. 1 ?1. 2%， Ta+Nb:彡0? 2%，0%〈V:彡0? 25%，S彡22ppm，P彡45ppm，余量為鐵，其中Ta和Nb不可同時(shí) 為〇。
[0016] 本發(fā)明所述9?12%Cr含硅馬氏體耐熱鋼是直徑為20mm的鍛件。
[0017] 本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0018] 9?12%Cr含硅馬氏體耐熱鋼熱處理工藝，包括如下工序①正火后冷卻，控制正火 溫度及保溫時(shí)間，消除鍛造組織中的粗大碳化物，在奧氏體化狀態(tài)將碳化物固溶入基體，空 冷至室溫；②回火后冷卻，嚴(yán)格控制回火入爐時(shí)間，回火加熱溫度和保溫時(shí)間，獲得均勻細(xì) 小的碳化物沿晶界、馬氏體板條界和晶粒內(nèi)均勻分布的組織，采用較快的冷卻方式，避免發(fā) 生回火脆性導(dǎo)致沖擊功下降；③去應(yīng)力退火，消除淬火應(yīng)力，提高尺寸穩(wěn)定性，防止鍛件的 變形和開(kāi)裂。經(jīng)過(guò)本發(fā)明工藝處理后的9?12%Cr含硅馬氏體耐熱鋼在不降低材料強(qiáng)度的 同時(shí)，大幅度提高了材料的沖擊韌性。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1為實(shí)施例1?3的工藝流程圖。
[0020] 圖2為實(shí)施例1制得耐熱鋼的顯微組織。
[0021] 圖3為對(duì)比例5制得耐熱鋼的顯微組織。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 以下實(shí)施例將對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。
[0023] 實(shí)施例1
[0024] 選用直徑為20mm;9?12%Cr含硅馬氏體耐熱鋼化學(xué)成分為：C:0. 19wt.%，Si: 1. 05wt. %,Cr：10. 05wt. %,Mn：1. 06wt. %,ff：1. 19wt. %,Ta：0.lwt. %,V：0. 2wt. %,Nb： 0.01wt.%，S:21 (ppm)，P:40 (ppm),余量為鐵。
[0025] 熱處理工藝(如圖1所示）為：在正火溫度為1050°C條件下保溫0. 5h，隨后空冷至 室溫；在回火溫度為760°C條件下保溫1. 5h，隨后油冷（22號(hào)淬火油）至室溫；在退火溫度 為250°C條件下保溫3h，隨后空冷至室溫。所得耐熱鋼的顯微組織如圖2所示。
[0026] 實(shí)施例2
[0027] 選用直徑為20mm;9?12%Cr含硅馬氏體耐熱鋼化學(xué)成分為：C:0. 23wt. %， Si：1. 3wt. %,Cr：9. 93wt. %,Mn：1. 09wt. %,ff：1. 16wt. %,Ta：0.lwt. %,V：0. 2wt. %,Nb： 0.Olwt. %，S:20 (ppm)，P:30 (ppm),余量為鐵。熱處理工藝與實(shí)施例1相同。
[0028] 實(shí)施例3
[0029] 選用直徑為20mm;9?12%Cr含硅馬氏體耐熱鋼化學(xué)成分為：C:0. 25wt. %， Si：1. 08wt. %,Cr：10.lwt. %,Mn：0. 59wt. %,ff：1. 17wt. %,Ta：0.lwt. %,V：0. 2wt. %,Nb： 0.Olwt. %，S:20 (ppm)，P:30 (ppm),余量為鐵。熱處理工藝與實(shí)施例1相同。
[0030] 實(shí)施例4
[0031] 選用直徑為20mm;9?12%Cr含娃馬氏體耐熱鋼化學(xué)成分與實(shí)施例1相同。
[0032] 熱處理工藝為：在正火溫度為1000°C條件下保溫lh，隨后空冷至室溫；在回火溫 度為760°C條件下保溫lh，隨后油冷至室溫；在退火溫度為300°C條件下保溫2. 5h，隨后空 冷至室溫。
[0033] 實(shí)施例5
[0034] 選用直徑為20mm;9?12%Cr含娃馬氏體耐熱鋼化學(xué)成分與實(shí)施例1相同。
[0035] 熱處理工藝為：在正火溫度為1KKTC條件下保溫0. 5h，隨后空冷至室溫；在回火 溫度為790°C條件下保溫1. 5h，隨后油冷至室溫；在退火溫度為200°C條件下保溫3h，隨后 空冷至室溫。
[0036] 實(shí)施例6
[0037] 選用直徑為20mm;9?12%Cr含娃馬氏體耐熱鋼化學(xué)成分與實(shí)施例1相同。
[0038] 熱處理工藝為：在正火溫度為1050°C條件下保溫0. 5h，隨后空冷至室溫；在回火 溫度為710°C條件下保溫1. 5h，隨后油冷至室溫；在退火溫度為250°C條件下保溫3h，隨后 空冷至室溫。
[0039] 對(duì)比例1
[0040] 選用直徑為20mm;9?12%Cr含娃馬氏體耐熱鋼化學(xué)成分與實(shí)施例1相同。
[0041] 熱處理工藝為：在正火溫度為1050°C條件下保溫0. 5h，隨后空冷至室溫；在回火 溫度為760°C條件下保溫1. 5h，隨后空冷至室溫；在退火溫度為250°C條件下保溫3h，隨后 空冷至室溫。
[0042] 對(duì)比例2
[0043] 選用直徑為20mm;9?12%Cr含娃馬氏體耐熱鋼化學(xué)成分與實(shí)施例2相同。
[0044] 熱處理工藝與對(duì)比例1相同。
[0045] 對(duì)比例3
[0046] 選用直徑為20mm;9?12%Cr含娃馬氏體耐熱鋼化學(xué)成分與實(shí)施例3相同。
[0047] 熱處理工藝與對(duì)比例1相同。
[0048] 對(duì)比例4
[0049] 選用直徑為20mm;9?12%Cr含娃馬氏體耐熱鋼化學(xué)成分與實(shí)施例1相同。
[0050] 熱處理工藝為：回火溫度為500°C，其它工藝與實(shí)施例1相同。
[0051] 對(duì)比例5
[0052] 選用直徑為20mm;9?12%Cr含娃馬氏體耐熱鋼化學(xué)成分與實(shí)施例1相同。
[0053] 熱處理工藝為：回火溫度為600°C，其它工藝與實(shí)施例1相同。所得耐熱鋼的顯微 組織如圖3所示。
[0054] 對(duì)比例6
[0055] 選用直徑為20mm;9?12%Cr含娃馬氏體耐熱鋼化學(xué)成分與實(shí)施例1相同。
[0056] 熱處理工藝為：回火溫度為850°C，其它工藝與實(shí)施例1相同。
[0057] 對(duì)比例7
[0058] 選用直徑為20mm;9?12%Cr含娃馬氏體耐熱鋼化學(xué)成分與實(shí)施例3相同。
[0059] 熱處理工藝為：退火溫度為100°C保溫3h，其它工藝與實(shí)施例3相同。
[0060] 對(duì)比例8
[0061] 選用直徑為20mm;9?12%Cr含娃馬氏體耐熱鋼化學(xué)成分與實(shí)施例3相同。
[0062] 熱處理工藝為：退火溫度為400°C保溫3h，其它工藝與實(shí)施例3相同。
[0063] 對(duì)比例9
[0064] 選用直徑為20mm;9?12%Cr含娃馬氏體耐熱鋼化學(xué)成分與實(shí)施例3相同。
[0065] 熱處理工藝為：退火溫度為500°C保溫3h，其它工藝與實(shí)施例3相同。
[0066] 上述實(shí)施例1?6與對(duì)比例1?3的室溫拉伸強(qiáng)度及沖擊韌性如表1所示，實(shí)施 例1與對(duì)比例4?6的沖擊韌性如表2所示，實(shí)施例3與對(duì)比例7?9的沖擊韌性如表3 所示。
[0067] 表1實(shí)施例1-3與對(duì)比例1?3的室溫拉伸強(qiáng)度及沖擊韌性
[0068]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種提高9?12%Cr含娃馬氏體耐熱鋼沖擊韌性的熱處理工藝，其特征在于： ① 正火后冷卻：在正火溫度為1050±50°C條件下保溫0. 5?lh，隨后空冷至室溫； ② 回火后冷卻：在回火溫度為760±50°C條件下保溫1?2h，隨后油冷至室溫； ③ 去應(yīng)力退火：在去應(yīng)力退火溫度為250±50°C條件下保溫2. 5?3. 5h，隨后空冷至室 溫。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高9?12%Cr含硅馬氏體耐熱鋼沖擊韌性的熱處理工藝， 其特征在于： ① 正火后冷卻：在正火溫度為1050±10°C條件下保溫0. 5h，隨后空冷至室溫； ② 回火后冷卻：在回火溫度為760±10°C條件下保溫1. 5h，隨后油冷至室溫； ③ 去應(yīng)力退火：在去應(yīng)力退火溫度為250± 10°C條件下保溫3h，隨后空冷至室溫。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的提高9?12%Cr含硅馬氏體耐熱鋼沖擊韌性的熱處理 工藝，其特征在于：所述的9?12%Cr含硅馬氏體耐熱鋼的成分為，以重量百分含量計(jì)（％)， 包含：C :0? 19 ?0? 25%，Si :1. 0 ?1. 3%，Cr :9. 5 ?10. 5%，Mn :0? 5 ?1. 1%，W :1. 1 ?1. 2%， Ta+Nb :彡0? 2%，0%〈V:彡0? 25%，S彡22ppm，P彡45ppm，余量為鐵，其中Ta和Nb不可同時(shí) 為〇。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的提高9?12%Cr含硅馬氏體耐熱鋼沖擊韌性的熱處理工 藝，其特征在于：所述的9?12%Cr含硅馬氏體耐熱鋼是直徑為20_的鍛件。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于馬氏體耐熱鋼的產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)，具體提供一種提高9～12%Cr含硅馬氏體耐熱鋼沖擊韌性的熱處理工藝，其特征在于：①正火后冷卻：在正火溫度為1050±50℃條件下保溫0.5～1h，隨后空冷至室溫；②回火后冷卻：在回火溫度為760±50℃條件下保溫1～2h，隨后油冷至室溫；③去應(yīng)力退火：在去應(yīng)力退火溫度為250±50℃條件下保溫2.5～3.5h，隨后空冷至室溫。該工藝在保證材料強(qiáng)度的同時(shí)，能有效提高其沖擊韌性，延長(zhǎng)使用壽命。
【IPC分類(lèi)】C22C38-26, C21D6-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104593570
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310533964
【發(fā)明人】嚴(yán)偉, 單以銀, 王威, 王志光, 楊柯, 石全強(qiáng)
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院金屬研究所
【公開(kāi)日】2015年5月6日
【申請(qǐng)日】2013年10月31日