一种动叶片用高淬透性马氏体不锈钢的热处理工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种马氏体不锈钢的热处理工艺，特别是涉及一种动叶片用高淬透性马氏体不锈钢的热处理工艺，属于动叶片用马氏体不锈钢的热处理技术领域。

背景技术

目前，国内外对于汽轮机动叶片用高淬透性马氏体不锈钢型钢的材料方面要求具有非常高的强度及硬度指标，在热处理过程中淬火温度很高，直接水冷或油冷且回火后，虽然部分产品的性能可以满足产品所需要的使用性能要求，但是采用上述热处理后产品表面产生许多淬火裂纹，部分裂纹贯穿整个产品，也有很多产品表面有许多的发纹，导致产品的尺寸合格率很低。因此，所属领域急需选择一种合适的热处理工艺，彻底解决汽轮机动叶片用高淬透性马氏体不锈钢在热处理过程中产品合格率过低的问题。

发明内容

本发明的目的就在于解决现有技术存在的上述问题，提出一种动叶片用高淬透性马氏体不锈钢的热处理工艺方法。本发明对动叶片采用分级淬火工艺，以解决汽轮机动叶片用高淬透性马氏体不锈钢在热处理过程中产品合格率过低的问题。大量试验表明，采用此种热处理工艺后，材料在淬火后没有发现淬火裂纹，且材料的各项性能指标完全满足动叶片用钢的使用性能要求，有效提高了产品的一次合格率，极大降低了企业的生产成本。

本发明实现上述目的采取的技术方案：这种动叶片用高淬透性马氏体不锈钢的热处理工艺，其特点是包括有以下步骤。

（1）工件锻后空冷至50～90℃之间装炉，均温1～2小时后升温到1120～1160℃（装炉温度低于400℃）。

（2）保温8～10小时后，第一次水淬时间为30～60S，出水停留时间为35～70S，第二次水淬时间为20～50S，出水停留时间为50～100S，第三次水淬时间为20～50S，出水后风冷。

（3）用风机吹工件，工件同时转动，经过30～50min，工件冷却到250～280℃，开始罩冷。

（4）罩冷至100℃，装炉去应力回火，回火温度250±10℃（装炉温度低于250℃），保温5～10h，出炉空冷至室温。

（5）空冷至室温后，装炉回火，回火温度在650～680℃之间（装炉温度低于400℃）。

（6）出炉水复冷至200℃后风冷至室温。

与现有技术相比，本发明的有益效果是。

由于动叶片用高淬透性马氏体不锈钢导热性差，工件锻后均温可以使工件表面和心部温度均匀一致淬火后硬度均匀性符合技术要求，且减小工件变形。在淬火过程中分为三次水淬，目的在于让材料中的奥氏体向马氏体转变过程呈现分批转变的状态，由于奥氏体向马氏体转变的过程是一种体积膨胀的过程，随转变的进行，材料会产生巨大的组织转变应力，尤其对于动叶片用高淬透性马氏体不锈钢，若奥氏体向马氏体转变的非常快速彻底，材料本身很容易会产生淬火裂纹，导致工件报废。而本发明采取的三次水淬措施，有效地抑制了材料中的奥氏体向马氏体迅速的转变，而是让其分级分批地发生缓慢转变；同时，材料通过出水停留时自身的温度扩散，能够相应地减少材料因组织转变而产生的组织应力。可有效减少淬火时产生的应力集中，减少材料产生淬火裂纹的倾向性。在工件冷却到250~280℃后进行罩冷，进一步让材料中奥氏体向马氏体发生缓慢转变，在罩冷的同时，预先已转变形成的淬火马氏体产生自回火的作用，组织稳定性提高，减少了体积膨胀，进而减小了由于组织转变而产生的组织应力，罩冷到100℃后继续装炉在250℃进行回火，让已转变形成的马氏体减少由于转变过程中产生的组织应力，然后空冷至室温，更进一步让未转变的奥氏体向马氏体转变，有效防止了由于组织应力、热应力等诸多因素引起的应力叠加而导致在淬火过程中材料出现裂纹或变形的状况。而在650~680℃进行回火的目的在于让淬火马氏体转变成稳定的回火马氏体，使材料的各项性能指标达到技术条件的要求。

附图说明

图1为本发明的热处理工艺流程图。

图2为本发明的热处理工艺曲线图。

图3为采用本发明的热处理工艺后的组织结构图。

具体实施方式

本发明以实施例的方式进一步详细说明。

附图1为本发明所述的动叶片用高淬透性马氏体不锈钢的热处理的具体工艺流程，有以下步骤。

（1）工件锻后空冷至50～90℃之间装炉，均温1～2小时后升温到1120～1160℃（装炉温度低于400℃）淬火处理。

（2）保温8～10小时后，第一次水淬时间为30～60S，出水停留时间为35～70S，第二次水淬时间为20～50S，出水停留时间为50～100S，第三次水淬时间为20～50S，出水后风冷。

（3）用风机吹工件，工件同时转动，经过30～50min，工件冷却到250～280℃，开始罩冷。

（4）罩冷至100℃，装炉去应力回火，回火温度250±10℃（装炉温度低于250℃），保温5～10h，出炉空冷至室温。

（5）空冷至室温后，装炉回火，回火温度在650～680℃之间（装炉温度低于400℃）。

（6）出炉水复冷至200℃后风冷至室温。

热处理工艺曲线见附图2，图中标记。

A：三次水淬，风冷到250~280℃后罩冷至100℃，装炉低温回火。

B：出炉空冷至室温。

C：水复冷至200℃后风冷至室温。

加工设备包括：台车式电阻丝加热热处理炉（型号规格：RT-400-12；3.5×2.5×2m）。

表1  动叶片用钢经过本发明处理后的性能。

组织检验。

工件经本发明热处理工艺处理后的组织结构图见附图3，从图3可以看出，经过本发明的热处理工艺处理后，材料的组织结构含有均匀的回火马氏体+少量残余奥氏体，没有δ铁素体组织，获得的此种组织结构使材料的平均硬度值达到325HB，均匀性很好，各项力学性能指标完全满足技术条件要求。因此，本发明的热处理工艺制度完全具有创新性及可行性。

本发明在大量的实验基础上最终确定了动叶片用高淬透性马氏体不锈钢的最佳热处理工艺，不但有效控制了残余奥氏体量，保证了动叶片用高淬透性马氏体不锈钢工件的尺寸稳定性问题，而且更重要的是解决了热处理过程中工件的变形和开裂问题。