一种无钴高强高韧马氏体时效钢加工方法

摘要

本发明提出一种无钴高强高韧马氏体时效钢加工方法，适用于18(Ni)系列马氏体时效钢，包括热加工、冷加工、时效处理步骤，其特征在于：冷加工步骤中，省去固溶处理，冷轧或机械加工直接进行；时效处理步骤中，处理温度较高400℃－600℃，处理时间较短0.5－3小时，空冷或水冷到室温。本发明在保证其最终力学性能基本不变的前提下，能够简化热处理工艺，缩短生产周期，同时可以节约能源。本发明可应用于大批量生产加工高强构件、重要机械结构件以及热作模具用的18(Ni)系列马氏体时效钢等。

说明书

技术领域：

本发明涉及18(Ni)系列高强高韧马氏体时效钢的加工新工艺，具体应用于T250、T300系列无钴马氏体时效钢的生产过程中。

技术背景：

马氏体时效钢以其优异的高强高韧和良好的加工性能而应用在诸多领域中。目前广泛应用的马氏体时效钢是以镍、钼、钛等为强化合金元素的18(Ni)无钴型马氏体时效钢，其牌号有T200、T250、T300、T350等(表1为18Ni型T系列无钴马氏体时效钢的成分及性能)。由表1可见，无钴马氏体时效钢具有很高的强度和韧性配合，同时不含有贵金属钴，从而大大节约了生产成本，也克服了我国钴资源缺乏的困难。但是，实际生产中本发明的发明人发现，无钴马氏体时效钢的生产工艺较为繁琐，生产周期长，热处理成本较高。为此，有必要开发一种新的无钴马氏体时效钢的加工工艺，直接目的是简化加工工艺，缩短生产周期。所以，开发新的无钴马氏体时效钢的加工工艺具有非常现实的必要性和良好的应用前景。

                     表1 18Ni型无钴马氏体时效钢的成分及性能

  牌  号                化学成分/wt％         力学性能Ni      Mo       Ti        Al         Fe σ_bσ_0.2 δ₅ψ    K_IC/Mpa  /MPa  /％ /％ /MPam^1/2 T200 T25010～19  3～3.5   0.15～0.8 0.05～0.15 余量10～19  4.6～5.1 0.8～1.5  0.05～0.15 余量1500  1400  10  60  155～2001850  1750  8   55  120

 T 300 T 35015～19  4.7～5.2  1.5～1.8   0.05～0.15 余量15～19  4.2       1.8～2.5   0.1        余量 2050  2000  7  40  80 2450  2400  6  25  35～50

发明内容：

本发明的目的在于提出一种新的无钴马氏体时效钢的加工方法，在保证其原热处理工艺下各种力学性能指标的前提下，简化加工工艺，缩短生产周期，同时大量节约能源，适应大批量生产的工业需求。

本发明提供了一种无钴高强高韧马氏体时效钢加工方法，适用于18(Ni)系列马氏体时效钢，包括热加工、冷加工、时效处理步骤，其特征在于：

冷加工步骤中，省去固溶处理，冷轧或机械加工直接进行；

时效处理步骤中，处理温度较高400℃-600℃，处理时间较短0.5-3小时，空冷或水冷到室温。

本发明无钴高强高韧马氏体时效钢加工方法中，锻造前提供的钢锭为严格按照传统的化学成分和冶炼工艺冶炼获得。

本发明无钴高强高韧马氏体时效钢加工方法，可以使18(Ni)无钴马氏体时效钢的强度和塑性等指标达到原有无钴马氏体时效钢加工工艺下的水平，其它性能指标也接近其水平。

通常，人们认为在18(Ni)系列无钴马氏体时效钢中，其强韧化机制主要是固溶强化和析出强化，其中利用钛和钼在时效过程中析出的Ni₃Mo和Ni₃Ti来达到强韧化是主要的强化手段。即：(1)通过高温下的奥氏体冷却到室温，由于马氏体终了转变温度在室温以上，形成完全的板条马氏体；(2)随后进行时效处理，控制时效温度和时效时间，使过饱和的Ti、Mo和Ni的沉淀相从板条马氏体的边界和板条内部析出。从而达到强韧化马氏体时效钢的目的。

本发明18(Ni)无钴马氏体时效钢的加工工艺与传统18Ni无钴马氏体时效钢加工工艺的最大区别是放弃了固溶处理的作用，提高了时效处理的温度，缩短了时效处理的时间，同样实现了镍、钼、钛对板条马氏体的强韧性的影响。在该工艺中，终锻温度不能低于850℃，以保证合金的变形均匀避免产生混晶；时效温度要控制在500℃或更高温度，以达到析出强化和去应力的双重目的。终锻温度过低，基体容易产生混晶；时效温度过低，则使时效时间加长，合金中析出相容易发生偏析而降低强度，或使合金的性能不均匀。在很多合金的加工过程中，都有固溶处理这一环节，其主要目的是奥氏体的均匀化和消除锻造应力等。在该加工工艺中，由于省略了这一道工序，为此一定保证较高终锻温度和相对较高的时效温度，对实现强韧化尤为重要。

具体实施方式：

本发明无钴高强高韧马氏体时效钢的具体加工工艺如下：

热加工：钢锭于1120℃-1200℃均匀化处理1-10小时，具体保温时间视钢锭大小而定；锻造成棒材和初轧坯料，初轧坯料在1200℃开轧，经多道次轧制成性能测试坯料；

冷加工：如果轧制薄板，可以在热轧板坯的基础上直接冷轧；如果是机械加工，可以在锻造棒材的基础上直接机械加工。这里省去了传统工艺中的600℃-900℃固溶处理。

时效处理：经过冷加工后，520℃时效处理0.5-3小时，具体视工件尺寸而定，空冷或水冷至室温。

实施例

三种18(Ni)系列无钴马氏体时效钢，各10kg炉料，其双真空冶炼后的化学成分如表2所示。经过1150℃开锻，850℃终锻成Φ18mm棒料之后，空冷到室温，进行机械加工成力学性能试样，然后在510℃时效2.5小时，随后空冷到室温。其力学性能与原加工工艺下力学性能比较如表3。

表2：

表3：