一种消除双相不锈钢低温时效脆性的方法

摘要

本发明属于金属材料热处理领域，具体涉及一种消除双相不锈钢低温时效脆性的方法。长期在300~500℃温度范围长期服役的双相不锈钢，将其在温度范围520~620℃，退火时间为30~90分钟的工艺条件下进行退火热处理。按照该方法退火后，长期时效导致的低温脆性消除掉，材料的硬度、冲击等力学性能都回复到长期时效前的状态。

说明书

技术领域

 本发明属于金属材料热处理领域，具体涉及一种消除双相不锈钢低温时效脆性的方法。

背景技术

我国已运行和即将建设的核电站大多采用压水堆，压水堆核电站一回路管道和主泵壳采用的是双相不锈钢，它拥有良好的抗热裂纹、耐腐蚀、抗应力腐蚀开裂性能，同时具有良好的机械性能。但是，在300~500℃温度范围长期服役的双相不锈钢，由于铁素体内的变化会导致时效脆性，脆化的程度与材料中的铁素体含量和时效温度（即使用温度）密切相关。双相不锈钢的时效脆性一方面给部件的运行带来了安全隐患，另一方面也大大缩短了其使用寿命。

传统的消除低温时效脆性的方法，是将双相不锈钢重新加热到1000~1100℃进行重新固溶处理，将长期时效生成的脆性相重新溶解到基体中去。这种方法可能造成零件的变形，同时由于需要高温炉，会浪费更多的能源。另外，在固溶温度下铁素体的含量会降低，从而导致材料的强度相比于原始状态降低。因此，重新固溶处理的方法仅适用于不太重要的部件。

由相图可知，在500~1000℃温度区间存在一种称为σ相的脆性相，若采用低温退火处理，σ相的存在同样会使材料的力学性能显著恶化。因此，人们通常认为双相不锈钢要避免在该温度区间内进行热处理。σ相的析出与材料中铁素体的含量和热处理的温度和时间密切相关，本发明通过精确控制退火的温度范围和时间范围，完全能够避免σ相的生成。在520~620℃范围内进行低温退火处理，能使低温长期时效生成的脆性相分解，同时不会生成σ相，同时较低的温度还避免了高温处理导致的零件变形的缺点，因此，较低温度下的退火处理使用范围更广发，是消除双相不锈钢低温时效脆性的最佳选择。

发明内容

本发明的目的在于提供一种消除双相不锈钢低温时效脆性的方法，利用该方法能使长期时效导致的低温脆性消除掉，使材料的力学性能回复到长期时效前的状态，从而达到延长使用寿命的目的。

本发明的构成：长期在300~500℃使用后的双相不锈钢发生时效脆化，通过520~620℃退火30~90分钟，使铁素体内产生的脆性相分解，从而达到消除时效脆性的目的。

一种消除双相不锈钢低温时效脆性的方法，对所述双相不锈钢进行退火处理，所述退火处理的温度范围为520~620℃，退火时间为30~90分钟。

进一步的，所述的消除双相不锈钢低温时效脆性的方法，所述退火处理具体包括以下步骤：

（1）测定钢件的铁素体含量和厚度，根据测得的铁素体含量和厚度确定退火的工艺参数；

（2）将双相不锈钢件放入退火设备中进行退火处理，选用氩气作为保护气体，退火处理后采用水淬处理或空冷处理。

根据双相不锈钢中铁素体的含量来选择退火处理的温度范围：铁素体含量小于25%，退火温度选择550~620℃；铁素体含量介于25%~50%之间，退火温度选择540~580℃；铁素体含量大于50%，退火温度选择520~550℃。

根据双相不锈钢件的时效温度即使用温度来选择退火处理的时间范围：时效温度低于350℃，退火时间选择30~45分钟；时效温度介于350~450℃，退火时间选择45~60分钟；时效温度高于450℃，退火时间选择60~90分钟。

所述退火处理采用的设备是箱式电阻炉、管式电阻炉或真空退火炉中的一种。

所述退火处理在真空或惰性气氛下进行。

退火处理后根据双相不锈钢件的尺寸来选择退火处理后的工艺；厚度小于100毫米，退火处理后采用空冷处理；厚度大于100毫米，退火处理后采用水淬处理，时间为15~30分钟，水温低于40℃。

本发明的优点是与现有的消除低温时效脆性的方法相比，本发明采用低于固溶温度的退火工艺，能使材料的力学性能回复到原始状态，同时较低的退火温度避免了部件发生变形，这同时也节约了大量能源。

具体实施方式

实施例1：

本实施例对在400℃时效1万小时的某双相不锈钢件进行退火处理。步骤如下：

第一步。测定钢件的铁素体含量和厚度分别为15%和150毫米，确定退火的工艺参数为：550~620℃，45~60分钟，退火处理后采用水淬处理。

第二步。将双相不锈钢件放入箱式电阻炉中在550℃进行60分钟的退火处理，选用氩气作为保护气体，退火处理后采用水淬处理，时间为20分钟，水温30℃。

第三步。测定退火处理后双相不锈钢的冲击性能，与未时效状态和时效后的冲击性能进行对比。如表1所示，采用本发明的退火方法处理后，双相不锈钢的力学性能回复到了未老化状态。

实施例2：

本实施例对在300℃时效3万小时的某双相不锈钢件进行退火处理。步骤如下：

第一步。测定钢件的铁素体含量和厚度分别为20%和25毫米，确定退火的工艺参数为：540~580℃，30~45分钟，退火处理后采用空冷处理。

第二步。将双相不锈钢件放入管式电阻炉中在580℃进行30分钟的退火处理，选用氩气作为保护气体，退火处理后采用空冷处理，放在空气中自然冷却。

第三步。测定退火处理后双相不锈钢的冲击性能，与未时效状态和时效后的冲击性能进行对比。如表1所示，采用本发明的退火方法处理后，双相不锈钢的力学性能回复到了未老化状态。

实施例3：

本实施例对在475℃时效1千小时的某双相不锈钢件进行退火处理。步骤如下：

第一步。测定钢件的铁素体含量和厚度分别为52%和50毫米，确定退火的工艺参数为：520~550℃，60~90分钟，退火处理后采用空冷处理。

第二步。将双相不锈钢件放入真空退火炉中在550℃进行60分钟的退火处理，退火处理后采用空冷处理。

第三步。测定退火处理后双相不锈钢的冲击性能，与未时效状态和时效后的冲击性能进行对比。如表1所示，采用本发明的退火方法处理后，双相不锈钢的力学性能回复到了未老化状态。

表1实施例选用双相不锈钢的冲击功的变化

 未时效长期时效后退火处理后实施例1279.3±25.8J65.9±21.2J287.0±11.2J实施例2353.8±11.4J149.8±11.0J352.1±20.6J实施例3299.7±17.5J121.2±15.6J314.7±13.8J