[发明专利]一种含Nb的Cr-Ni系铸造奥氏体耐热不锈钢的热处理方法

说明书

本发明涉及一种含Nb的Cr‑Ni系铸造奥氏体耐热不锈钢的热处理方法，属于材料技术领域。本发明含Nb的Cr‑Ni系铸造奥氏体耐热不锈钢,包括以下组分0.25‑0.55wt％的C，0.1‑3wt％的Nb，18‑26wt％的Cr，8‑38wt％的Ni，0.1‑2.5wt％的Mn，0.1‑2.5wt％的Si，0.1‑1wt％的Mo，0.001‑0.08wt%的P，0.001‑0.08wt%的S，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明的有益效果：通过合适的固溶温度、保温时间、退火温度可以有效控制Nb含量过高后组织内出现脆硬组织σ相，使其有效的固溶于基体增加材料的韧性，提高其综合力学性能。

技术领域

本发明涉及一种含Nb的 Cr-Ni系铸造奥氏体耐热不锈钢的热处理方法，属于材料技术领域。

背景技术

汽车的涡轮增加技术能够有效提高燃油效率，降低废气排放量，因此被各大汽车厂商广泛采用。与自然吸气相比，涡轮增压使排气温度提高至1000℃以上，传统的高硅钼球铁、高镍奥氏体球铁已不能满足需求，因此奥氏体不锈钢成为汽车涡轮增压器等高温服役零件的首选材料。

Nb元素是一种高熔点元素，对铁基合金不论是室温还是高温下都有着强烈的固溶强化作用，奥氏体耐热不锈钢中加入较低含量的Nb，可以改善其抗晶界腐蚀，使奥氏体耐热不锈钢具备了更好的抗高温腐蚀能力，提高其在高温环境蠕变持久性能。但奥氏体耐热不锈钢中加入较低含量的Nb则会形成脆硬组织σ相。σ相种类繁多，已知文献中已有多达60余种，在各种不同的条件下产生，大多为用于焊接的低碳不锈钢。

Cr-Ni奥氏体不锈钢具有优良的耐腐蚀性、力学性能和生物相容性，通常Cr-Ni系铸造奥氏体不锈钢凝固过程，首先从液态析出δ，然后析出γ，随着温度下降δ向γ转变，最后完全凝固，形成奥氏体基体。Nb元素是一种强碳化物形成元素，可在高温下形成稳定的碳化物。由于碳原子的扩散速度远大于金属扩散，因此在凝固过程中Nb会优先形成碳、氮化物，随着液相中碳的损失，使得γ相区减小，包晶反应过程中Cr偏析加剧，δ相出现数量急剧增加，形成亚包晶反应，在完全凝固后形成大量残余δ相，随着温度下降，残余的δ相转变形成脆硬组织σ相。脆硬组织σ相是一种Cr富集的铁素体固溶体，该组织显微硬度可达250HV以上，因此,这种组织是 Cr-Ni系铸造奥氏体耐热不锈钢中的有害组织会降低材料的抗氧化性能和力学性能。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中含Nb的 Cr-Ni系铸造奥氏体耐热不锈钢中出现的有害组织σ相的问题，提出一种含Nb的 Cr-Ni系铸造奥氏体耐热不锈钢的热处理方法，有效提高目标不锈钢的综合力学性能。

本发明通过以下技术方案实现发明目的：一种含Nb的 Cr-Ni系铸造奥氏体耐热不锈钢的热处理方法，包括以下步骤：

第一步、将铸造奥氏体耐热不锈钢铸件进行抛丸或清洗，除去表面油漆或油污;

第二步、将所述奥氏体耐热不锈钢铸件放入热处理炉中进行热处理，在氮气保护下升温至1050℃～1250℃;

第三步、对热处理炉在1050℃～1250℃下保温；

第四步、将热处理炉炉冷至750℃～800℃;

第五步、对热处理炉在750℃～800℃下保温；

第六步、从热处理炉中取出保温后的钢锭，暴露于空气中冷却,完成热处理。

上述方法的所述第一步中铸造奥氏体耐热不锈钢包括以下组分0.25-0.55wt％的C，0.1-3wt％的Nb，18-26wt％的Cr，8-38wt％的Ni，0.1-2.5wt％的Mn，0.1-2.5wt％的Si，0.1-1wt％的Mo，0.001-0.08wt%的P，0.001-0.08wt%的S，其余为Fe和不可避免的杂质。本方法针对经金相检验确定含有σ相的铸造奥氏体耐热不锈钢铸件，在进行热处理之前，需要清理表面油漆和油污，避免热处理时燃烧产生烟尘。

所述第二步中加热速度均为5～10℃/min。加热速度不宜过快，会造成被处理的铸件内外温度差异过大。