一种12Cr13不锈钢棒材的调质方法与流程

　　本发明属于金属材料热处理技术领域，具体涉及一种12cr13不锈钢棒材的调质方法。

　　背景技术：

　　12cr13属于马氏体不锈钢，经淬火+回火后能够获得较高的强度、韧性和良好的机加工性能，适用于制造具有中等强度、较高韧性承受冲击载荷的零部件。近几年，国内外核电站驱动机构用驱动杆、核电站用紧固件部件等均采用调质态12cr13不锈钢，驱动杆是核电站反应堆的关键部件之一，主要作用是在需要时能够及时、迅速、可靠地上下运动以控制燃料控制棒的插入或抽出。在核电站上应用对12cr13不锈钢质量要求极高，在具有极限高强度要求的前提下，0℃冲击韧性值要求不小于40j，国内所生产的调质态12cr13不锈钢棒材的0℃冲击值都很难满足要求；并且调质态12cr13调质棒材的又一个技术难点在于调质后的棒材产生弯曲，需进行矫直+去应力退火，导致0℃冲击值进一步降低。就国内外现有技术而言，驱动杆原材料用12cr13棒材的制造虽然有多种方法，但经过调质热处理后，0℃冲击韧性均不能满足不小于40j的要求。为解决调质后冲击值不能达标的问题，法国专门生产核电驱动杆的某公司采用连续感应炉调质，使得该驱动杆的力学性能满足标准的要求，但连续感应炉调质方法因为瞬间加热能耗较高、热处理棒材容量小，导致生产成本非常高，且生产效率较低。

　　技术实现要素：

　　本发明公开一种12cr13不锈钢棒材的调质方法，目的是为核电站驱动机构驱动杆/紧固件等用12cr13不锈钢棒材提供一种力学性能符合标准要求、同时又降低生产成本，提高生产效率的方法，填补国内外空白。

　　本发明技术方案如下：

　　利用(eaf+lf+vod+esr)冶炼→轧制12cr13棒材→不完全退火→连续加热炉进行(淬火+回火)调质→矫直→去应力退火。

　　一，具体生产工艺步骤如下：

　　㈠采用(eaf+lf+vod+esr)冶炼方式生产钢锭；

　　1.钢锭化学成分(％)：碳：0.08～0.150，锰不大于1.00，硅不大于1.00，硫不大于0.030，磷不大于0.030，铬：11.50～13.50，镍不大于0.60，其余为fe及不可避免的杂质元素。

　　2.采用电炉eaf+lf+vod+电渣重熔(esr)冶炼钢锭，保证钢锭内部纯净度及成分均匀。

　　3.电渣钢锭规格为ф610mm。

　　㈡钢锭轧制成材工艺；

　　1.电渣钢锭加热、透烧后，采用850轧机轧制方坯。

　　2.坯料加热、均热后，采用轧机轧制成品规格φ20mm～φ90mm。

　　㈢成品棒材不完全预退火+淬火+回火热处理

　　**步：轧制后的成品棒材在室状炉中进行不完全退火，随炉升温，加热至ac1以上30℃～50℃，保温不少于8h，然后缓慢冷却至640℃以下出炉，空冷(见图1)。

　　第二步：经不完全预退火后的棒材在台式炉/连续炉进行淬火热处理，淬火温度不低于920℃；

　　第三步：棒材淬火保温结束后，快速出料，进入淬火槽采用油冷/水-空交替控时方式冷却，棒材表面温度不高于400℃，空冷；

　　第四步：经淬火后的棒材在台式炉/连续炉进行回火热处理，回火温度640℃～680℃；

　　第五步：棒材回火保温结束后，快速出料，空冷；

　　㈣棒材矫直+去应力退火

　　1.棒材因淬火弯曲变形，回火完成后需进行矫直处理，保证棒材直线度。

　　2.矫直完的棒材采用连续炉进行去应力退火处理，去应力回火温度580℃～640℃，棒材出炉后采用空冷；

　　3.棒材热处理完成后进行削皮，削皮后棒材的尺寸应满足合同要求。

　　二，核电站驱动机构/紧固件用12cr13棒材调质热处理后力学性能标准要求

　　㈠力学性能

　　棒材交货硬度(hb)：228～285

　　经热处理后试样检验力学性能，应符合表1规定。

　　表1

　　㈡非金属夹杂物合格级别应符合表2规定。

　　表2

　　㈢晶粒度级别不低于5级

　　对本发明的创新点说明：通过优化调质热处理工艺，即在调质前增加一道不完全退火预处理工艺，然后再采用台式炉/连续加热炉进行(淬火+回火)调质+矫直+去应力退火，其中矫直+去应力对退火后棒材的0℃冲击值变化不大，更终使得12cr13棒材的力学性能完全满足核电材料标准要求。

　　与现有技术相比，本发明具有下列优点：

　　⑴调质热处理前增加一道不完全预退火工艺，可使调质完的棒材，经矫直+去应力退火后，0℃冲击值稳定不降低；

　　⑵应用本技术方案，即使采用传统加热炉进行调质热处理棒材也能够实现力学性能满足标准核电调质态12cr13的要求，尤其是0℃冲击值提高空间非常大，且数值稳定波动；

　　⑶降低热处理成本，提高生产效率；

　　⑷经热处理后，整支棒材硬度(hbw)偏差不大于15hb，较为均匀。

　　附图说明

　　图1是不完全预退火工艺曲线。

　　具体实施方式

　　下面结合实施例对本发明做进一步详细的说明。

　　实施例1～3采用同一工艺流程：eaf+lf+vod+电渣重熔(esr)(电渣锭φ610mm)→轧制方坯→轧制成材(成材φ20mm～φ90mm)→成品不完全预退火→调质热处理→削皮。

　　在该工艺流程中，实施例1～3具有的相同工艺步骤如下：

　　1.采用(eaf+lf+vod+esr)冶炼方式生产钢锭；

　　①采用电炉eaf+lf+vod+电渣重熔(esr)冶炼钢锭，保证钢锭内部纯净度及成分均匀。

　　②电渣钢锭规格为ф610mm。

　　2.钢锭轧制成材工艺；

　　①电渣钢锭加热、透烧后，采用850轧机轧制方坯。

　　②坯料加热、均热后，采用轧机轧制成品。

　　4.棒材矫直

　　①棒材因淬火弯曲变形，回火完成后需进行矫直处理，保证棒材直线度。

　　②矫直完的棒材采用连续炉进行去应力退火处理；

　　③棒材热处理完成后进行削皮，削皮后棒材的尺寸满足合同要求。

　　实施例1

　　1.钢锭冶炼工艺

　　电渣锭化学成分见表3。

　　2.钢锭轧制成材工艺

　　轧制成品尺寸ф30mm棒材。

　　3.成品棒材不完全预退火+淬火+回火热处理

　　**步：成品棒材在9#室状炉中进行不完全退火，退火温度760℃，保温温度偏差±10℃，保温16h，然后以不大于50℃/h速度缓冷至620℃～628℃出炉，空冷。

　　第二步：经不完全预退火后的棒材在连续炉进行淬火热处理，淬火温度930℃，保温温度偏差±10℃，保温1h40min；

　　第三步：棒材淬火采用水-空交替控时方式冷却，棒材表面温度不高于290℃，空冷；

　　第四步：经淬火后的棒材在连续炉进行回火热处理，回火温度660℃，保温温度偏差±10℃，保温2.5h；

　　第五步：棒材回火保温结束后，快速出料，空冷。

　　4.棒材去应力退火

　　矫直完的棒材采用连续炉进行去应力退火处理，去应力退火温度620℃，保温温度偏差±10℃，保温1h20min；

　　5.检验结果

　　①力学性能检验结果见表4。

　　②非金属夹杂物检验结果见表5。

　　实施例2

　　1.钢锭冶炼工艺

　　电渣锭化学成分见表3。

　　2.钢锭轧制成材工艺

　　轧制成品尺寸ф50mm棒材。

　　3.成品棒材不完全预退火+淬火+回火热处理

　　**步：成品棒材在7#室状炉中进行不完全退火，退火温度760℃，保温温度偏差±10℃，保温18h，然后以不大于60℃/h速度缓冷至630℃出炉，空冷。

　　第二步：经不完全预退火后的棒材在连续炉进行淬火热处理，淬火温度930℃，保温温度偏差±10℃，保温2.5h；

　　第三步：棒材淬火采用水-空交替控时方式冷却，棒材表面温度不高于280℃，空冷；

　　第四步：经淬火后的棒材在连续炉进行回火热处理，回火温度660℃，保温温度偏差±10℃，保温3h45min；

　　第五步：棒材回火保温结束后，快速出料，空冷。

　　4.棒材去应力退火

　　矫直完的棒材采用连续炉进行去应力退火处理，去应力退火温度630℃，保温温度偏差±10℃，保温2h；

　　5.检验结果

　　①力学性能检验结果见表4。

　　②非金属夹杂物检验结果见表5。

　　实施例3

　　1.钢锭冶炼工艺

　　电渣锭化学成分见表3。

　　2.钢锭轧制成材工艺

　　轧制成品尺寸ф75mm棒材。

　　3.成品棒材不完全预退火+淬火+回火热处理

　　**步：成品棒材在7#室状炉中进行不完全退火，退火温度760℃，保温温度偏差±10℃，保温18h，然后以不大于60℃/h速度缓冷至630℃出炉，空冷。

　　第二步：经不完全预退火后的棒材在连续炉进行淬火热处理，淬火温度930℃，保温温度偏差±10℃，保温2.5h；

　　第三步：棒材淬火采用水-空交替控时方式冷却，棒材表面温度不高于260℃，空冷；

　　第四步：经淬火后的棒材在连续炉进行回火热处理，回火温度660℃，保温温度偏差±10℃，保温4h；

　　第五步：棒材回火保温结束后，快速出料，空冷。

　　4.棒材去应力退火

　　矫直完的棒材采用连续炉进行去应力退火处理，去应力退火温度630℃，保温温度偏差±10℃，保温2h；

　　5.检验结果

　　①力学性能检验结果见表4。

　　②非金属夹杂物检验结果见表5。

　　实施例1～实施例3的化学成分检验结果

　　表3

　　实施例1～实施例3的室温力学性能检验结果

　　表4

　　实施例1～实施例3的非金属夹杂物检验结果

　　表5