一种提高0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢韧塑性的热处理方法

　　本发明属于钢铁材料热处理技术领域，涉及一种提高0cr16ni5mo1马氏体不锈钢韧塑性的热处理方法。

　　背景技术：

　　0cr16ni5mo1马氏体不锈钢具有较高的强度、硬度和耐磨性，在水电、火电、核电、泵、阀、化工、高压容器和军事航天等行业领域获得广泛应用，具体工件包括水电设施中的耐磨件、海上高速艇螺旋桨轴、海洋环境螺栓以及航空航天领域的核心部件静子叶片等。

　　0cr16ni5mo1马氏体不锈钢常规的热处理工艺为：1100℃±10℃保温50min-70min后油淬，之后再进行温度为580℃±5℃、时长为2h-2.5h的回火处理。以常规热处理方式得到的工件能够基本满足使用条件，但是其晶粒尺寸较为粗大，约为85～90μm，性能无法满足一些特殊场合的需要，应用受到限制。

　　技术实现要素：

　　本发明的目的是提供一种提高0cr16ni5mo1马氏体不锈钢韧塑性的热处理方法，通过降低工件淬火终止温度并增设冰水混合物进行冷处理，实现晶粒尺寸的细化与组织调控，有效提升材料的韧塑性。

　　本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

　　一种提高0cr16ni5mo1马氏体不锈钢韧塑性的热处理方法，该方法为：将0cr16ni5mo1马氏体不锈钢在高温下进行保温处理后，淬火至温度低于50℃，之后置于冰水混合物中进行冷处理，再进行回火。

　　进一步地，保温处理过程中：温度为900-1000℃，时间为60-120min。

　　进一步地，淬火过程为：将保温处理后的0cr16ni5mo1马氏体不锈钢置于淬火油中进行淬火，当淬火至0cr16ni5mo1马氏体不锈钢的温度低于50℃时，取出0cr16ni5mo1马氏体不锈钢。

　　进一步地，所述的淬火油为快速淬火油。

　　进一步地，所述的淬火油的温度为20-40℃。

　　进一步地，冷处理过程为：将淬火后的0cr16ni5mo1马氏体不锈钢置于冰水混合物中保温120-240min。

　　进一步地，所述的冰水混合物为高聚物冰袋置入水中制备而成。

　　进一步地，所述的冰水混合物的温度为0-5℃。

　　进一步地，回火过程为：将冷处理后的0cr16ni5mo1马氏体不锈钢取出，待回复至室温后，置于520-580℃下回火50-100min，之后在空气中自然冷却至室温。回火冷却方式为空冷。

　　进一步地，所述的0cr16ni5mo1马氏体不锈钢中各元素的质量百分含量为：

　　c：≤0.07％，cr：15.00-17.00％，ni：3.50-5.00％，mo：0.70-1.50％，si：≤1.00％，mn：≤1.50％，p：≤0.035％，s：≤0.025％，cu：≤0.35％，sn：≤0.03％，其余为fe和不可避免的杂质元素。

　　研究表明，降低淬火终止温度可以使材料的晶粒尺寸减小，通过细晶强化来有效提高其韧塑性。然而，由于0cr16ni5mo1马氏体不锈钢中合金元素含量较高，降低淬火终止温度后马氏体相变结束温度将降低至室温以下，导致室温时存在一定量的残余奥氏体，因此，本发明进一步通过冰水混合物冷处理来使马氏体相变充分进行，消除残余奥氏体可能带来的负面影响。通过采用本发明热处理方法，制备得到的0cr16ni5mo1马氏体不锈钢工件晶粒尺寸较小，残余奥氏体数量减少，在保持较高强度的同时韧塑性得到有效提高，满足设计要求与工件的使用要求。

　　与现有技术相比，本发明降低了淬火终止温度，并增设了一个成本低廉、操作便捷的冰水混合物冷处理步骤，可以有效细化晶粒，并且基本消除淬火后的残余奥氏体。采用本发明对0cr16ni5mo1马氏体不锈钢进行热处理后，材料强度完全达标，屈服强度≥850mpa，抗拉强度≥930mpa，同时韧塑性得到有效提高，延伸率≥16％，冲击韧性≥160j/cm2，可充分发挥该材料的综合机械性能，用于制造航空航天领域的核心部件(如静子叶片等)。

　　附图说明

　　图1为实施例1-3及对比例中0cr16ni5mo1马氏体不锈钢试样淬火态的晶粒形貌照片，其中，(a)为实施例1，(b)为实施例2，(c)为实施例3，(d)为对比例。

　　具体实施方式

　　下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

　　实施例1：

　　采用块状0cr16ni5mo1马氏体不锈钢试样进行热处理，具体包括以下步骤：

　　1)将空的淬火炉升温至900℃，待温度稳定后，将试样放入炉中，保温60min；

　　2)将保温后的试样取出，放入35℃的快速淬火油中淬火；

　　3)当试样温度低于50℃时取出，将其放入0～5℃的冰水混合物中保温120min；

　　4)将冷处理后的试样取出，待其回复至室温后放入预先升温至580℃的炉子进行回火，回火时间为60min，之后将试样取出，在空气中自然冷却至室温。

　　实施例2：

　　采用块状0cr16ni5mo1马氏体不锈钢试样进行热处理，具体包括以下步骤：

　　1)将空的淬火炉升温至950℃，待温度稳定后，将试样放入炉中，保温60min；

　　2)将保温后的试样取出，放入35℃的快速淬火油中淬火；

　　3)当试样温度低于50℃时取出，将其放入0～5℃的冰水混合物中保温120min；

　　4)将冷处理后的试样取出，待其回复至室温后放入预先升温至580℃的炉子进行回火，回火时间为60min，之后将试样取出，在空气中自然冷却至室温。

　　实施例3：

　　采用块状0cr16ni5mo1马氏体不锈钢试样进行热处理，具体包括以下步骤：

　　1)将空的淬火炉升温至1000℃，待温度稳定后，将试样放入炉中，保温60min；

　　2)将保温后的试样取出，放入35℃的快速淬火油中淬火；

　　3)当试样温度低于50℃时取出，将其放入0～5℃的冰水混合物中保温120min；

　　4)将冷处理后的试样取出，待其回复至室温后放入预先升温至580℃的炉子进行回火，回火时间为60min，之后将试样取出，在空气中自然冷却至室温。

　　对比例：

　　常规工艺热处理步骤如下：

　　1)将空的淬火炉升温至1100℃，待温度稳定后，将块状0cr16ni5mo1马氏体不锈钢试样放入炉中，保温60min；

　　2)将保温后的试样取出，放入35℃的快速淬火油中冷却60min；

　　3)将淬火后的试样取出，待其回复至室温后放入预先升温至580℃的炉子进行回火，回火时间为120min，之后将试样取出，在空气中自然冷却至室温。

　　对上述实施例1-3中冷处理状态下及对比例淬火状态下的0cr16ni5mo1马氏体不锈钢试样进行光学金相观察和xrd残余奥氏体测量，并在四组试样完成回火后进行力学性能测试。结果分别如图1、表1所示。

　　表1

　　可以看出，采用本发明方法进行热处理后，0cr16ni5mo1马氏体不锈钢试样在淬火状态下平均晶粒尺寸相较对比例大大减小，且残余奥氏体含量更低；虽然试样的抗拉强度提升不大，但屈服强度和延伸率相较对比例均有小幅提高，冲击韧性更是有着更高26％的巨大提升，表明本发明热处理方法可以有效提高0cr16ni5mo1马氏体不锈钢的韧塑性。

　　实施例4：

　　一种提高0cr16ni5mo1马氏体不锈钢韧塑性的热处理方法，该方法为：将0cr16ni5mo1马氏体不锈钢在高温下进行保温处理后，淬火至温度低于50℃，之后置于冰水混合物中进行冷处理，再进行回火。

　　其中，保温处理过程中：温度为900℃，时间为120min。

　　淬火过程为：将保温处理后的0cr16ni5mo1马氏体不锈钢置于淬火油中进行淬火，当淬火至0cr16ni5mo1马氏体不锈钢的温度为49℃时，取出0cr16ni5mo1马氏体不锈钢。淬火油为快速淬火油，淬火油的温度为20℃。

　　冷处理过程为：将淬火后的0cr16ni5mo1马氏体不锈钢置于冰水混合物中保温240min。冰水混合物为高聚物冰袋置入自来水中制备而成。冰水混合物的温度为0℃。

　　回火过程为：将冷处理后的0cr16ni5mo1马氏体不锈钢取出，待回复至室温后，置于580℃下回火50min，之后在空气中自然冷却至室温。

　　0cr16ni5mo1马氏体不锈钢中各元素的质量百分含量为：

　　c：≤0.07％，cr：15.00-17.00％，ni：3.50-5.00％，mo：0.70-1.50％，si：≤1.00％，mn：≤1.50％，p：≤0.035％，s：≤0.025％，cu：≤0.35％，sn：≤0.03％，其余为fe和不可避免的杂质元素。

　　实施例5：

　　一种提高0cr16ni5mo1马氏体不锈钢韧塑性的热处理方法，该方法为：将0cr16ni5mo1马氏体不锈钢在高温下进行保温处理后，淬火至温度低于50℃，之后置于冰水混合物中进行冷处理，再进行回火。

　　其中，保温处理过程中：温度为1000℃，时间为60min。

　　淬火过程为：将保温处理后的0cr16ni5mo1马氏体不锈钢置于淬火油中进行淬火，当淬火至0cr16ni5mo1马氏体不锈钢的温度为48℃时，取出0cr16ni5mo1马氏体不锈钢。淬火油为快速淬火油，淬火油的温度为40℃。

　　冷处理过程为：将淬火后的0cr16ni5mo1马氏体不锈钢置于冰水混合物中保温120min。冰水混合物为高聚物冰袋置入自来水中制备而成。冰水混合物的温度为5℃。

　　回火过程为：将冷处理后的0cr16ni5mo1马氏体不锈钢取出，待回复至室温后，置于520℃下回火100min，之后在空气中自然冷却至室温。

　　0cr16ni5mo1马氏体不锈钢中各元素的质量百分含量为：

　　c：≤0.07％，cr：15.00-17.00％，ni：3.50-5.00％，mo：0.70-1.50％，si：≤1.00％，mn：≤1.50％，p：≤0.035％，s：≤0.025％，cu：≤0.35％，sn：≤0.03％，其余为fe和不可避免的杂质元素。

　　实施例6：

　　一种提高0cr16ni5mo1马氏体不锈钢韧塑性的热处理方法，该方法为：将0cr16ni5mo1马氏体不锈钢在高温下进行保温处理后，淬火至温度低于50℃，之后置于冰水混合物中进行冷处理，再进行回火。

　　其中，保温处理过程中：温度为950℃，时间为90min。

　　淬火过程为：将保温处理后的0cr16ni5mo1马氏体不锈钢置于淬火油中进行淬火，当淬火至0cr16ni5mo1马氏体不锈钢的温度为45℃时，取出0cr16ni5mo1马氏体不锈钢。淬火油为快速淬火油，淬火油的温度为30℃。

　　冷处理过程为：将淬火后的0cr16ni5mo1马氏体不锈钢置于冰水混合物中保温180min。冰水混合物为高聚物冰袋置入自来水中制备而成。冰水混合物的温度为2℃。

　　回火过程为：将冷处理后的0cr16ni5mo1马氏体不锈钢取出，待回复至室温后，置于550℃下回火75min，之后在空气中自然冷却至室温。

　　0cr16ni5mo1马氏体不锈钢中各元素的质量百分含量为：

　　c：≤0.07％，cr：15.00-17.00％，ni：3.50-5.00％，mo：0.70-1.50％，si：≤1.00％，mn：≤1.50％，p：≤0.035％，s：≤0.025％，cu：≤0.35％，sn：≤0.03％，其余为fe和不可避免的杂质元素。