[发明专利]一种微硼无钴马氏体时效钢的循环相变细化晶粒工艺

说明书

技术领域：

本发明涉及到晶粒细化领域，特别是一种微硼无钴马氏体时效钢的循环相变细化晶粒工艺。

背景技术：

马氏体时效钢具有强度高、韧性好、易于加工、热处理工艺简单等优点，在薄壁压力容器等对比强度和安全性要求较高的领域得到了广泛的应用，如火箭发动机的壳体、导弹壳体、铀分离离心机转筒等。在薄壁压力容器的制造过程中有一步热穿孔工序，其采用的热加工温度较高，易使晶粒度长大到3级以上，这对后续工艺的进行和最终材料的性能都造成不利的影响。需研究一种可行的细化晶粒工艺方法来消除这种粗大晶粒。

循环相变细化晶粒方法作为一种细化晶粒的方法，具有无需加工、对材料形状尺寸无要求、操作简单等特点，是一种简单易行的细化晶粒方法，非常适合用来消除上述粗大组织。对于马氏体时效钢，循环相变细化晶粒是通过多次发生逆转变奥氏体再结晶来实现细化晶粒的目的。

微硼无钴马氏体时效钢因成分中不含价格昂贵的战略性元素Co，成本得到了大大降低，而力学性能在2100MPa级别以下与含钴马氏体时效钢的力学性能相当，这就大大推动其在高技术领域的应用。但硼元素的加入大大提高了逆转变奥氏体再结晶温度，这样通常马氏体时效钢的循环相变细晶工艺(800～900℃保温10～60分)在微硼无钴马氏体时效钢中就不再适用。另外，硼元素在800～1000℃的温度范围易于析出硼化物，在这个温度范围保温过长时间，将会生成粗大的B化物，恶化材料性能，需要选择合适的循环相变工艺制度既能避免硼化物的析出又能达到较好的细晶效果。

微硼无钴马氏体时效钢循环相变细化晶粒工艺的制定主要存在以下问题：1)温度的选择，若采用较低的温度(＜1000℃)会造成B化物的析出，若采用较高的温度(＞1000℃)，晶粒长大速度非常快。2)加热速度和冷却速度的选择，加热和冷却过程中会经过硼化物易于析出的温度区间，慢速加热和慢速冷却都能够造成硼化物的析出。

发明内容：

本发明的目的是提供一种微硼无钴马氏体时效钢的循环相变细化晶粒工艺，经过几次循环相变处理后，可以获得细小的晶粒尺寸，同时避免粗大硼化物的析出，使所述材料获得优异的力学性能。

本发明的技术方案是：

一种微硼无钴马氏体时效钢的循环相变细化晶粒工艺，通过快速加热、高温短时保温、快速降温，实现循环相变处理。具体为：

在加热至1050～1100℃，保温10～30分钟后水冷，经2～3次循环处理来消除粗大硼化物析出(无粗大硼化物析出时直接进行后面的工艺)，然后在快速加热(≥10℃/s)至950～1050℃，保温1～3分钟后水冷，经循环处理3～5次后可以获得6～9级的晶粒度。

本发明的有益效果是：

本发明可以用来细化微硼无钴马氏体时效钢原奥氏体晶粒尺寸，特别适合于用来改善所述材料热穿孔件的粗大组织、消除晶界上析出的粗大硼化物，也可以用来改善自由锻件的组织均匀性，铸件均匀化处理后的粗大组织及各种过热组织等。

附图说明

图1为本发明循环相变热处理过程示意图。

图2为实施例4对应的金相图。

具体实施方式

利用本发明对一种含微量硼元素无钴马氏体时效钢T250进行了实验研究，材料的化学成分(wt％)如下：17.8Ni，3.0Mo，1.5Ti，0.003B，C＜0.03，S＜0.02，P＜0.02。

材料钢锭通过真空感应熔炼和真空电弧重熔而成，经1200℃均质化处理后锻造成实验用料。

实施例中所述材料首先经过1200℃/1h高温固溶处理，使晶粒长大到0级。

材料经循环相变细化晶粒前后的力学性能如表1所示。

表1循环相变细化晶粒前后的力学性能