05Cr17Ni4Cu4Nb马氏体不锈钢及其热处理工艺方法与流程

　　本发明涉及一种不锈钢，尤其是涉及一种05cr17ni4cu4nb马氏体不锈钢，属于冶金生产材料及工艺技术领域。本发明还涉及一种用于对所述05cr17ni4cu4nb马氏体不锈钢进行热理的工艺方法。

　　背景技术：

　　05cr17nicu4nb是一种新型马氏体沉淀硬化超高强度不锈钢，与国外17-4ph(美)、x5crnicunb174(德)、z5cnu17.04(法)、sus630(日)牌号相近，为典型的马氏体沉淀硬化不锈钢；该钢在固溶状态较软,易于成形和加工；该钢含有时效强化元素cu、nb，主要的强化相为富铜相，以及少量的b2a型金属化合物(如fe2nb)，通过时效析出碳化物和ε-cu相来实现强化；该钢热处理后可获得高强度、硬度及韧性，能达到1100～1300mpa的耐压强度，其具有较高的强度、耐蚀性、抗氧化性、可焊接性，适用于400℃以下工作的高强度耐蚀零件。同时，该钢种广泛地被用于汽轮机的末级、次末级叶片，发动机涡轮机的前后安装边和阀门部件，飞机、军工产品的制造中导弹的紧固件；还用于化工设备、泵轴、直升机甲板、海上平台等多种领域的耐弱酸、碱及盐腐蚀的高强度部件，并应用于石油测井领域的细长轴车削；同时，应用于宇航工业、航天涡轮机叶片，核工业中应用于反应堆中重要的结构件，如反应堆中的控制棒驱动机构(crdm)上的丝杠；特别是具有较好的抗氢氟酸腐蚀能力，是我国300～1000mw超临界火电机组及核电机组汽轮机低压末级动叶片的主要用材之一。

　　固溶热处理是对05cr17nicu4nb不锈钢优化性能提高进行后续加工必不可少的一道热处理工艺，其目的是为了使合金元素充分溶入奥氏体中，消除成分不均匀，并在冷却后得到过饱和马氏体，抑制δ-铁素体含量，同时起到细化晶粒和改善δ-铁素体形态的作用。时效热处理的目的是通过脱溶析出沉淀硬化相，即析出含合金元素的化合物相，从而提高材料的强度和硬度，并通过析出数量和化合物相种类的控制，获得所需要的强度等级，尤其是模具用05cr17nicu4nb不锈钢，用户要求固溶和时效热处理交货。但该05cr17nicu4nb不锈钢若固溶和时效热处理工艺不当，往往会导致热处理的钢坯固溶处理后发生开裂的现象，故对05cr17nicu4nb不锈钢进行固溶和时效热处理研究尤其重要。

　　技术实现要素：

　　本发明所要解决的技术问题是：提供一种能满足用户对不同规格的锻制或轧制材料的力学性能的技术需求，防止因热处理工艺不当而产生开裂现象的05cr17ni4cu4nb马氏体不锈钢。本发明还提供了一种用于对所述05cr17ni4cu4nb马氏体不锈钢进行热理的工艺方法。

　　为解决上述技术问题所采用的技术方案是：05cr17ni4cu4nb马氏体不锈钢，所述的马氏体不锈钢为包含有下述重量份组分的固溶时效处理不锈钢板，

　　所述的重量份组分为c0.040～0.055％、si0.20～0.40％、mn0.20～0.40％、cr15.1～15.45％、ni4.10～4.45％、cu3.10～3.40％,余量为fe和不可避免的杂质，

　　溶时效处理后的不锈钢板的σb为1431～1460mpa,σ0.2为1235～1265mpa，a为14～19％，z为60～75％,ak为34.35～37.47j，hbw为426～435，综合力学性能良好。

　　进一步的是，所述的不可避免的杂质包括p和s，

　　其中，按重量百分比计的p≤0.025％，s≤0.005％。

　　一种用于对所述05cr17ni4cu4nb马氏体不锈钢进行热理的工艺方法，所述的工艺方法包括按顺序设置的固溶热处理和时效热处理，

　　其中，所述的固溶热处理至少包括固溶预热处理工序、合金元素溶解与金相组织调节处理工序以及淬火处理工序几个步骤。

　　进一步的是，所述的时效热处理为人工时效处理，其具体过程为，待淬火处理的坯料冷却至室温后，将其继续放入台车式燃气炉中，并按60℃/的h加热速率加热至520～540℃，保温，出炉空冷至室温完成所述的人工时效处理，

　　其中在台车式燃气炉中保温时，保温的时长按坯料外径的2.3～2.5倍进行控制，单位为分钟。

　　上述方案的优选方式是，所述的固溶预热处理工序是按下述步骤进行的，

　　将锻制或轧制钢坯放入台车式燃气炉中按50℃/h的加热速率加热至700～760℃，并到温后均热15分钟保温完成所述的固溶预热处理工序，

　　其中，所述保温的保温时长按坯料外径φ≤200mm时，保温40～60分钟；坯料外径φ＞200mm时，保温80～100分钟控制。

　　进一步的是，所述的合金元素溶解与金相组织调节处理工序是按下述步骤进行的，

　　将固溶预热处理后的坯料按80℃/h的加热速率加热至1030～1050℃，到温后均热15分钟后并保温完成所述的合金元素溶解与金相组织调节处理工序，

　　其中，所述保温的保温时长按0.71～0.75×坯料的截面积分钟控制。

　　上述方案的优选方式是，所述的淬火处理工序是按下述步骤进行的，将合金元素溶解与金相组织调节处理工序后的坯料出炉后立即进行水淬，并在坯料温度达到100℃以下后出水空冷至室温完成所述的淬火处理工序。

　　本发明的有益效果是：本申请通过有效控制05cr17ni4cu4nb马氏体不锈钢的组分，并将按上述控制组分冶炼获得的不锈钢钢坯布按先后顺序分别进行固溶热处理和时效热处理，而在在所述的固溶热处理至少包括固溶预热处理工序、合金元素溶解与金相组织调节处理工序以及淬火处理工序几个步骤，这样不仅满足了用户对不同规格的锻制或轧制材料的力学性能的技术需求，而且，由于对05cr17ni4cu4nb马氏体不锈钢的组分进行了有效控制，还可以有效的防止因热处理工艺不当而产生开裂现象。

　　具体实施方式

　　为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供的一种满足用户对不同规格的锻制或轧制材料的力学性能的技术需求，防止因热处理工艺不当而产生开裂现象的05cr17ni4cu4nb马氏体不锈钢，以及对所述05cr17ni4cu4nb马氏体不锈钢进行热理的工艺方法。所述的马氏体不锈钢为包含有下述重量份组分的固溶时效处理不锈钢板，

　　所述的重量份组分为c0.040～0.055％、si0.20～0.40％、mn0.20～0.40％、cr15.1～15.45％、ni4.10～4.45％、cu3.10～3.40％,余量为fe和不可避免的杂质，

　　溶时效处理后的不锈钢板的σb为1431～1460mpa,σ0.2为1235～1265mpa，a为14～19％，z为60～75％,ak为34.35～37.47j，hbw为426～435，综合力学性能良好。所述的工艺方法包括按顺序设置的固溶热处理和时效热处理，

　　其中，所述的固溶热处理至少包括固溶预热处理工序、合金元素溶解与金相组织调节处理工序以及淬火处理工序几个步骤。本申请通过有效控制05cr17ni4cu4nb马氏体不锈钢的组分，并将冶炼获得的不锈钢钢坯布按先后顺序分别进行固溶热处理和时效热处理，而在在所述的固溶热处理至少包括固溶预热处理工序、合金元素溶解与金相组织调节处理工序以及淬火处理工序几个步骤，这样不仅满足了用户对不同规格的锻制或轧制材料的力学性能的技术需求，而且，由于对05cr17ni4cu4nb马氏体不锈钢的组分进行了有效控制，还可以有效的防止因热处理工艺不当而产生开裂现象。

　　上述实施方式中，为尽可能的避免固溶热处理和时效热处理时产生开裂现象，本申请还对不可避免的杂质进行了进一步的控制，即所述的不可避免的杂质包括p和s，其中，按重量百分比计的p≤0.025％，s≤0.005％。相应的，为了提高效率所述的时效热处理本申请采用的是人工时效处理，其具体过程为，待淬火处理的坯料冷却至室温后，将其继续放入台车式燃气炉中，并按60℃/的h加热速率加热至520～540℃，保温，出炉空冷至室温完成所述的人工时效处理，其中在台车式燃气炉中保温时，保温的时长按坯料外径的2.3～2.5倍进行控制，单位为分钟。而所述的固溶预热处理工序是按下述步骤进行的，将锻制或轧制钢坯放入台车式燃气炉中按50℃/h的加热速率加热至700～760℃，并保温完成所述的固溶预热处理工序，其中，所述保温的保温时长按坯料外径φ≤200mm时，保温40～60分钟；坯料外径φ＞200mm时，保温80～100分钟控制。所述的合金元素溶解与金相组织调节处理工序是按下述步骤进行的，将固溶预热处理后的坯料按80℃/h的加热速率加热至1030～1050℃，并保温完成所述的合金元素溶解与金相组织调节处理工序，其中，所述保温的保温时长按0.71～0.75×坯料的截面积分钟控制。所述的淬火处理工序是按下述步骤进行的，将合金元素溶解与金相组织调节处理工序后的坯料出炉后立即进行水淬，并在坯料温度达到100℃以下后出水空冷至室温完成所述的淬火处理工序。

　　综上所述，采用本申请组分的05cr17ni4cu4nb马氏体不锈钢，并按上述的固溶热处理和时效热处理对不锈钢进行处理后，其力学性能完全满足模具用钢对该坯料的要求。热处理后的坯料力学性能为：σb：1431～1460mpa,σ0.2：1235～1265mpa，a：14～19％，z:60～75％,ak：34.35～37.47j，hbw:426～435，其综合力学性能较好。

　　实施例1

　　表1为实施例1中产品技术要求

　　表1产品技术要求

　　本实施例提供一种马氏体不锈钢05cr17ni4cu4nb固溶和时效热处理方法，其工艺流程均为：台车式燃气炉进行700～760℃预热并保温→继续加热至1030～1050℃并保温→出炉水淬至低于100℃→台车式燃气炉进行520～540℃时效，并保温→出炉空冷至室温。

　　具体地，以规格为φ200mm的钢坯为例，其热处理工艺如下：

　　(1)固溶热处理：坯料在台车式燃气炉逐支布料，坯料与坯料之间应有一定间隙，最多不超过3层布料。首先将坯料按50℃/h加热至750±10℃进行均热热处理，保温50分钟；然后，将坯料按95℃/h加热至1035±10℃，均热15分钟，并保温12小时；最后，将坯料出炉进行水淬，当坯料温度低于100℃后出水空冷至室温。

　　(2)时效热处理：将空冷至室温的坯料放入台车式燃气炉进行时效处理，首先，将坯料按60℃/h加热至530±10℃，保温8小时，然后出炉空冷至室温。

　　根据本实施例所获得的产品的力学性能数据如表2所示：

　　表2产品固溶和时效热处理后的力学性能

　　由表1和表2可知，根据本实施例方法所获得的产品的力学性能能够满足产品的技术要求，且性能稳定。