[发明专利]用于压缩机叶轮的马氏体沉淀硬化不锈钢及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及压缩机叶轮材料领域，具体为一种用于压缩机叶轮的马氏体沉淀硬化不锈钢及其制备方法。

背景技术

根据1976年引进的意大利新比隆公司的离心压缩机制造专利，离心压缩机叶轮材料为FV520(B)，当时未引进叶轮材料技术。申请人从1980年制定了FV520(B)钢的化学成分控制范围并与齐齐哈尔钢厂共同研究了其冶炼、锻造、焊接及热处理等工艺，开始用该钢制造离心压缩机叶轮并取得了成功。随着产品的发展，尤其是半开式铣制叶轮及整体铣制叶轮的发展，该钢的缺点就表现出来。首先该钢经固溶、调整及时效处理后只能保证σ_0.2≥1029MPa，σ_b≥1078MPa强度级综合力学性能要求。第二，对铣制叶轮FV520(B)钢需经固溶化并两次过时效处理才能进行铣削加工，铣削加工后需经调整及时效处理后，强度方可达到技术要求，在调整处理时易导致叶轮叶型变化，影响了产品的气动性能，进而影响了新产品的开发及应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于压缩机叶轮的马氏体沉淀硬化不锈钢及其制备方法，解决现有技术中存在的综合力学性能不够以及叶轮铣制加工后热处理的变形导致叶型变化从而影响产品气动性能等问题，进一步提高了压缩机叶轮强度，利于铣削加工。

本发明的技术方案是：

一种用于压缩机叶轮的马氏体沉淀硬化不锈钢，按重量百分比计，其化学成分为：

C≤0.10％；Cr 10～18％；Ni 4～8％；Mo 0.3～2.5％；Cu 1～5％；Nb 0.1～0.5％；Si≤1.0％；Mn≤1.0％；S≤0.03％；P≤0.03％；Fe余量。

所述的马氏体沉淀硬化不锈钢的制备方法，包括熔炼、热处理工艺，所述热处理工艺如下：

(1)在1050℃±10℃下，按工件有效厚度每100mm保温2.5～3小时，水冷、油冷或风冷至室温；

(2)根据叶轮力学性能要求，在470-630℃范围内选取时效温度，叶轮保温4～6小时，空冷。

本发明的有益效果是：

1、本发明通过对钢的化学成分、显微组织和材料性能的研究，选定钢的化学成分，研究钢的制造工艺，以达到其金相组织、力学性能及耐蚀性能的要求，可达到σ_0.2≥1175MPa，σ_b≥1220MPa强度级综合力学性能要求。

2、本发明钢种在固溶处理后即可进行铣削加工，铣削加工后只需进行低温时效就可达到强度要求。既节约了三道热处理工序，节约了电能，更重要的是解决叶轮铣制加工后热处理的变形导致叶型变化从而影响产品气动性能。

3、本发明钢种克服了FV520(B)钢的缺点又继承了其高强韧性、可焊接、可锻轧、可铸造的优点，且易于铣削加工和时效硬化，并能满足新产品发展的需要，不断地为石化、冶金、环保等工业部门提供体积小、重量轻、效率高、节能好、长期安全运转的透平压缩机。

具体实施方式

本发明钢种命名为S520(B)，按重量百分比计，其化学成分为：C≤0.10％；Cr 10～18％；Ni 4～8％；Mo 0.3～2.5％；Cu 1～5％；Nb 0.1～0.5％；Si≤1.0％；Mn≤1.0％；S≤0.03％；P≤0.03％；Fe余量。S520(B)钢可根据不同的服役条件，经不同热处理后达到不同强度级别和抗蚀性能的技术要求，并按表1规定选取强度级别。

本发明钢种的化学成分优化及应用实例如下：

碳：碳在沉淀硬化不锈钢和在其它钢种一样也是奥氏体形成元素，调整铬不锈钢的碳含量，可使不锈钢的铁素体基体组织为马氏体所代替：碳还可使沉淀硬化不锈钢中的马氏体基体上产生碳化物的时效沉淀，出现第二相的沉淀强化效应。这对钢的强度、硬度和耐磨性的提高无疑是有利的；同时，当形成碳化物时要消耗一定数量的铬，这有害于钢的耐蚀性；而且碳化物沿晶界析出，义是引起钢产生晶间腐蚀的主要因素，并有可能导致晶间性应力腐蚀开裂。此外，为改善钢种的塑性形变成形性和可焊性，将碳含量控制在0.10％以下是适宜的。

铬：铬是马氏体沉淀硬化不锈钢中的主要合金元素，对钢的耐蚀性起着决定性作用。当铬含量达到和超过10％时，钢的耐蚀性发生突变性的改善；此外，铬是强烈铁索体形成元素和缩小r-区元素，铬含量高固溶处理后得不到全马氏体组织，部份铁素体的存在将影响钢的力学性能；铬还降低马氏体转变温度，右移TTT曲线，提高钢的淬透性，增加钢的475C脆性。综上所述，铬含量控制在10～18％。