專利名稱：：一種沉淀硬化馬氏體不銹鋼fv520b的熱處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種沉淀硬化馬氏體不銹鋼FV520B的熱處理方法，具體地說是將沉淀硬化馬氏體在較高溫度進(jìn)行短時間回火，之后采取緩慢冷卻的方式，使得該沉淀硬化馬氏體不銹鋼具有優(yōu)良的韌性和強(qiáng)度組合。
背景技術(shù)：
：低碳沉淀硬化馬氏體不銹鋼，因其易于加工、強(qiáng)度高、韌性良好，具有優(yōu)良的耐蝕性能和焊接性能，還具有良好的沖擊韌度和較大截面上理想的橫向性能，被廣泛應(yīng)用于齒輪、螺栓、軸、輪盤、葉片、轉(zhuǎn)子、泵件等場合。國際上已成功制造出性能優(yōu)良的該類馬氏體不銹鋼的各種部件，但由于技術(shù)保密等原因，熱處理關(guān)鍵技術(shù)的細(xì)節(jié)不得而知，文獻(xiàn)報道的參數(shù)也往往由于范圍過寬不具有參考價值。我國在航天和壓縮機(jī)等領(lǐng)域的一些關(guān)鍵部件大量采用該類鋼。沉淀硬化馬氏體鋼的熱處理工藝對其組織和性能起著決定性作用。一般地，其髙強(qiáng)度主要通過Cu、Nb、Mo等強(qiáng)化元素在時效過程中析出e-Cu、NbC、Mo2C、M7C3、M23C6等強(qiáng)化相來獲得。目前該類鋼所采用的熱處理制度為淬火加回火的工藝方法，回火制度主要有兩種,一是在400-470°C(Ad以下)進(jìn)行低溫回火，得到馬氏體+彌散細(xì)小的強(qiáng)化相組織，獲得較高的強(qiáng)度；一是在580-650'C(Ad以上)進(jìn)行較高溫度回火，這時由于回火溫度I在A^(約58(TC)以上，室溫下組織中可以得到少量逆變奧氏體，逆變奧氏體的存在大幅度提高鋼的韌性，但是高溫下，析出相尺寸長大，降低合金的強(qiáng)度。因此，一般而言，各用戶根據(jù)需求，只能選擇其中一種回火制度，獲得高強(qiáng)度或髙韌性而犧牲另一性能。根據(jù)文獻(xiàn)報道，目前沒有一種熱處理制度可以同時使得該鋼獲得高強(qiáng)度和高韌性。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供了一種沉淀硬化馬氏體不銹鋼FV520B的熱處理方法，使該鋼具有優(yōu)良的韌性和強(qiáng)度組合，解決該鋼現(xiàn)有的熱處理工藝高溫回火強(qiáng)度低，而低溫回火韌性低，高強(qiáng)度和高韌性不能兼得的問題。本發(fā)明提供了一種沉淀硬化馬氏體不銹鋼FV520B的熱處理方法，將沉淀硬化馬氏體不銹鋼FV520B進(jìn)行正火和較高溫度短時間回火處理后，采取緩慢冷卻的方式。本發(fā)明提供的沉淀硬化馬氏體不銹鋼FV520B的熱處理方法，包括以下步驟(1)對鋼進(jìn)行正火處理，處理方法為將待處理的沉淀硬化馬氏體不銹鋼FV520B材料放入退回爐中，加熱至高于Ac3(\3約為800~830。C)200'C以上使完全奧氏體化，艮P1050il(TC進(jìn)行正火，保溫l-2小時(保溫時間應(yīng)根據(jù)材料厚度)，然后水淬；(2)對鋼進(jìn)行回火處理，處理方法為將(1)處理完成的沉淀硬化馬氏體不銹鋼材料放入退回爐中，加熱至高于Ad(Ad約為570—00°C)形成回火馬氏體加逆變奧氏體的混合組織，即630il(TC進(jìn)行回火，透燒后保溫5-60分鐘(透燒時間應(yīng)根據(jù)材料厚度)，然后隨爐冷卻至室溫。本發(fā)明提供的沉淀硬化馬氏體不銹鋼FV520B的熱處理方法，所述高溫回火溫度為以上20~50。C。本發(fā)明提供的沉淀硬化馬氏體不銹鋼FV520B的熱處理方法，所述回火透燒后短時保溫的時間優(yōu)選為10-15分鐘。本發(fā)明選擇較高溫短時回火，即回火溫度選擇Ad以上20-5(TC，由于該鋼的逆變奧氏體是以切變形式形成，因此形成速度較快；而其強(qiáng)化相的析出和長大需要時間進(jìn)行擴(kuò)散。這樣的高溫短時處理，既可以獲得逆變奧氏體組織，同時在回火又不會造成強(qiáng)化相的大量析出。強(qiáng)化相主要在緩冷過程中析出，由于溫度較低，不會發(fā)生異常長大，保證了強(qiáng)化效果。同現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明具有以下特點(1)本發(fā)明FV520B選擇高溫回火，即回火溫度選擇630il(TC，不僅有逆變奧氏體組織生成，同時還有強(qiáng)化相的析出；而以往文獻(xiàn)給出FV520B鋼的回火溫度選擇400"C左右，只有利于強(qiáng)化相的析出。(2)本發(fā)明回火選擇短時時效，即透燒后保溫10-15分；而以往文獻(xiàn)給出FV520B鋼時效是長時間時效，時間為1-2小時。(3)本發(fā)明選擇隨爐冷的冷卻方式。而以往文獻(xiàn)給出FV520B鋼是空冷方式。本發(fā)明具有以下突出優(yōu)點(1)本發(fā)明的沉淀硬化馬氏體不銹鋼FV520B鋼的熱處理方法，產(chǎn)生一定量的逆變奧氏體組織生成和一定量的強(qiáng)化相析出，使鋼強(qiáng)度和韌性同時獲得了提高。(2)由于材料時效時間較短，避免了因析出的強(qiáng)化相長大而產(chǎn)生材料強(qiáng)度下降，而且逆變奧氏體組織含量在時效過程中穩(wěn)定。(3)本發(fā)明的沉淀硬化馬氏體不銹鋼FV520B鋼的熱處理方法，使FV520B鋼熱處理節(jié)能并省時。(4)本發(fā)明為沉淀硬化馬氏體不銹鋼的實際應(yīng)用，提供了熱處理技術(shù)的理論基礎(chǔ)。具體實施方式實施例1選取一塊FV520B沉淀硬化馬氏體鋼的鋼材，該鋼的主要成分見表1。鋼的原始態(tài)為厚度為(11)mm的鍛造板材，經(jīng)熱膨脹儀測試，該鋼的相變特征溫度為A^、夂3、Ms見表2。根據(jù)此，對鋼合金分別進(jìn)行不同溫度和冷卻方式的回火處理，比較其拉伸性能和沖擊性能。表1FV520B沉淀硬化馬氏體鋼的主要成分<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>表2FV520B沉淀硬化馬氏體鋼的相變特征溫度<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>熱處理的工藝如下(1)將待處理的FV520B沉淀硬化馬氏體不銹鋼材料試樣放入退回爐中，加熱至高于Ae3200'C以上至完全奧氏體化，B卩1050ilO'C進(jìn)行正火，保溫l-2小時，然后水淬。(2)將正火水淬后的FV520B沉淀硬化馬氏體不銹鋼材料試樣放入熱處理爐中，加熱至高于Acl以上20-50。C形成回火馬氏體加逆變奧氏體的混合組織，即630ilO'C進(jìn)行回火，然后，一種透燒后保溫5、15、60分鐘，隨爐冷卻至室溫；一種透燒后保溫15分鐘，隨爐冷卻至450'C再保溫1小時后，空冷至室溫；一種透燒后保溫15分鐘，隨爐冷卻至室溫后，再加熱至45(TC保溫1小時后空冷至室溫。韌性和強(qiáng)度實驗結(jié)果見表3和表4。表3韌性實驗結(jié)果Ak.v(J)ak.v(J/cm2)450'C2h沖擊(室溫)1932630°C5分鐘沖擊(室溫)579563(TC15分鐘沖擊(室溫)62102630°C60分鐘沖擊(室溫)99123.5630°C15分鐘至450°Clh沖擊(室溫)65115630。C15分鐘(室溫)+45(TClh沖擊(室溫)64113表4強(qiáng)度實驗結(jié)果S%450。C11731273.616.863630°C5分鐘10871112.519.663630。C15分鐘11411162.225.665630'C60分鐘779989.8520.267.3630°C15分鐘冷至450°Clh1016.61065.519.653630。C15分鐘(室溫)+45(TClh101610671953結(jié)果分析對比表3和表4的數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)過Ad以下45(TC回火處理的試樣，其強(qiáng)度較高，屈服強(qiáng)度約為1173MPa，抗拉強(qiáng)度約為1274MPa;而韌性較低，V型缺口下，沖擊韌性32J/cm2，沖擊功19J。經(jīng)過63(TC回火處理1小時的試樣，其強(qiáng)度較低，屈服強(qiáng)度約為779MPa，抗拉強(qiáng)度約為989MPa;而韌性較高，V型缺口下，沖擊韌性123.5J/cm2，沖擊功99J。這主要是與合金在不同熱處理制度下產(chǎn)生的組織有關(guān)45(TC回火處理的試樣，尤其處理溫度在Ad以下，回火后的試樣中經(jīng)X射線和掃描電鏡分析，不含逆變奧氏體，而合金中含有大量細(xì)小彌散的富Cu強(qiáng)化相，導(dǎo)致其高強(qiáng)度、低韌性；而630'C保溫1小時回火處理的試樣中含有約22%的逆變奧氏體，逆變奧氏體在沖擊過程中吸收能量，阻礙裂紋擴(kuò)展，提高合金韌性，但合金中的強(qiáng)化相發(fā)生了長大，較大的尺寸達(dá)um，降低了強(qiáng)化效果。與這兩種處理制度對比，經(jīng)過630'C和45(TC處理的試樣含有逆變奧氏體，提高合金韌性，V型缺口下，沖擊韌性113J/cm2，沖擊功64J;但合金中的強(qiáng)化相發(fā)生了長大，較大的尺寸達(dá)um,降低了強(qiáng)化效果，強(qiáng)度降低了，屈服強(qiáng)度約為1016MPa，抗拉強(qiáng)度約為1067MPa。只有經(jīng)過回火制度是630'C保溫15分鐘，處理后的FV520B沉淀硬化馬氏體不銹鋼材料試樣，才獲得高強(qiáng)韌性。其強(qiáng)度較高，屈服強(qiáng)度約為1141MPa,抗拉強(qiáng)度約為1162MPa;韌性也較高，V型缺口下，沖擊韌性102J/cm2，沖擊功62J?；鼗鸷蟮脑嚇又薪?jīng)X射線和掃描電鏡分析，試樣中含有約5%的逆變奧氏體，而且合金中還含有一定量細(xì)小彌散的富Cu強(qiáng)化相，導(dǎo)致其高強(qiáng)度、高韌性。8權(quán)利要求1.一種沉淀硬化馬氏體不銹鋼FV520B的熱處理方法，其特征在于將沉淀硬化馬氏體不銹鋼FV520B進(jìn)行正火和較高溫度短時間回火處理后，采取緩慢冷卻的方式。2.按照權(quán)利要求1所述沉淀硬化馬氏體不銹鋼FV520B的熱處理方法，其特征在于，包括以下步驟-(1)對鋼進(jìn)行正火處理，處理方法為將待處理的沉淀硬化馬氏體不銹鋼FV520B材料放入退回爐中，加熱至高于Ac3200'C以上使完全奧氏體化，即1050ilO'C進(jìn)行正火，保溫1-2小時，然后水淬；(2)對鋼進(jìn)行回火處理，處理方法為將(1)處理完成的沉淀硬化馬氏體不銹鋼材料放入退回爐中，加熱至高于Ad形成回火馬氏體加逆變奧氏體的混合組織，透燒后保溫5-60分鐘，然后隨爐冷卻至室溫。3.按照權(quán)利要求2所述沉淀硬化馬氏體不銹鋼FV520B的熱處理方法，其特征在于所述髙溫回火，溫度為Ad以上205(TC。4.按照權(quán)利要求2所述沉淀硬化馬氏體不銹鋼FV520B的熱處理方法,其特征在于所述回火透燒后短時保溫10-15分鐘。5.按照權(quán)利要求3所述沉淀硬化馬氏體不銹鋼FV520B的熱處理方法，其特征在于所述回火溫度為630ilO'C。全文摘要本發(fā)明提供了一種沉淀硬化馬氏體不銹鋼FV520B的熱處理方法，具體地說是將沉淀硬化馬氏體不銹鋼FV520B在較高溫度進(jìn)行短時間回火，之后采取緩慢冷卻的方式，使得該沉淀硬化馬氏體不銹鋼具有優(yōu)良的韌性和強(qiáng)度組合，解決該鋼現(xiàn)有的熱處理工藝高溫回火強(qiáng)度低，而低溫回火韌性低，高強(qiáng)度和高韌性不能兼得的問題。文檔編號C21D1/26GK101509056SQ20081001094公開日2009年8月19日申請日期2008年4月8日優(yōu)先權(quán)日2008年4月8日發(fā)明者周倩青,翟玉春申請人:東北大學(xué)