1Cr11Ni2W2MoV耐热钢及其调质热处理工艺方法及步骤

　　本发明涉及一种耐热钢，尤其是涉及一种1cr11ni2w2mov耐热钢，属于冶金生产工艺技术领域。本发明还涉及一种用于对所述1cr11ni2w2mov耐热钢进行调质热处理的工艺方法。

　　背景技术：

　　1cr11ni2w2mov钢是原苏联50年代末研制成功的马氏体不锈钢，牌号为961。1cr11ni2w2mov钢是在低碳的12％cr钢中加入大量的w，mo，v等缩小奥氏体相区的铁素体形成的元素，使其具有马氏体相变硬化能力，而得到的一种新型的马氏体耐热不锈钢。该钢种具有良好的综合力学性能，在航空工业中已被广泛用于制造600℃以下工作的发动机叶片，盘，轴，及压缩弹簧、和火药起动器壳体等重要零部件。

　　该马氏体类不锈钢在加热、冷却过程中，其组织发生同素异晶转变，因而可以通过热处理方法细化晶粒，提高钢的力学性能和抗腐蚀性能。该钢不仅具有良好的抗腐蚀性能，还能通过热处理获得高的力学性能，因而被广泛用作航空发动机的压气机叶片盘及涡轮轴等重要承力零件。

　　通常用于600℃以下的发动机或轴类等重要零件，要求材料通过调质热处理后的力学性能满足相关技术协议要求，尤其是600℃的高温持久性能。故对锻制材料进行调质热处理尤其重要。

　　技术实现要素：

　　本发明所要解决的技术问题是：提供一种能满足用户对不同规格的锻制或轧制材料的力学性能和600℃的高温持久性能的技术需求的1cr11ni2w2mov耐热钢。本发明还提供一种用于对所述1cr11ni2w2mov耐热钢进行调质热处理的工艺方法。

　　为解决上述技术问题所采用的技术方案是：1cr11ni2w2mov耐热钢，所述的耐热钢为包含量有下述重量份组分的调质热处理钢板，

　　所述的重量份组分为c0.13～0.15％、si0.40～0.40％、mn0.25～0.50％、cr10.8～11.20％、ni1.50～1.70％、w1.70～1.80％、mo0.38～0.43％、v0.20～0.25％，余量为fe和不可避免的杂质，

　　回火处理后的调质热处理耐热钢钢板的σb：1205～1230mpa,σ0.2：1020～1080mpa，a：15～18％，z：70～76％，akv：118.3～134.7j，hbw：283～317，其综合力学性能较好，且在温度600℃下，在加载应力540n/mm的作为下，高温持久时间大于150h不断裂。

　　进一步的是，所述不可避免包括p和s，其中按重量百分比计的p≤0.025％，s≤0.010％。

　　一种用于对所述1cr11ni2w2mov耐热钢进行调质热处理的工艺方法，所述的工艺方法包括按顺序设置的淬火处理和回火处理，

　　其中，所述的淬火处理至少包括淬火预热处理工步、奥氏体化热处理工步和油淬热处理工步几个步骤。

　　进一步的是，所述的回火处理是按下述步骤进行的，

　　待油淬热处理的坯料冷却至室温后，将其继续放入台车式燃气炉中，并按60℃/h的加热速率加热至680～700℃，保温，出炉空冷至室温完成所述的回火处理工作，

　　其中，所述保温的保温时长按坯料外径的2.3～2.5倍进行计算确定，单位为分钟。

　　上述方案的优选方式是，所述的淬火预热处理工步是按下述步骤进行的，

　　将锻制或轧制钢坯放入台车式燃气炉中按50℃/h的加热速率加热至600～650℃，并到温后均热15分钟保温完成所述的淬火预热处理工步，

　　其中，所述保温的保温时长按坯料外径φ≤200mm的坯料，保温30～60分钟；坯料外径φ＞200mm的坯料，保温60～120分钟控制。

　　进一步的是，所述的奥氏体化热处理工步是按下述步骤进行的，

　　将淬火预热处理后的坯料按90℃/h的加热速率加热至1010～1020℃，并保温完成所述的碳化物溶解与金相组织调节加热处理工作，

　　其中，所述保温的保温时长按1.0～1.1×坯料的截面积分钟控制。

　　上述方案的优选方式是，所述的油淬热处理工步是按下述步骤进行的，

　　将奥氏体化热处理后获得的坯料出炉进行油淬，并在坯料温度达到100℃以下出油空冷至室温。

　　本发明的有益效果是：本申请通过有效控制1cr11ni2w2mov耐热钢，并将将按上述控制组分冶炼获得的耐热钢钢坯布按先后顺序分别进行淬火处理和回火处理，而在淬火处理至少包括淬火预热处理工步、碳化物溶解与金相组织调节加热处理工步和油淬热处理工步几个步骤，这样不仅能满足用户对不同规格的锻制或轧制材料的力学性能，而且可以有效的保证耐热钢600℃高温持久性能的技术需求。

　　具体实施方式

　　为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供的一种能满足用户对不同规格的锻制或轧制材料的力学性能和600℃的高温持久性能的技术需求的1cr11ni2w2mov耐热钢，对所述1cr11ni2w2mov耐热钢进行调质热处理的工艺方法。所述的耐热钢为包含量有下述重量份组分的调质热处理钢板，所述的重量份组分为c0.13～0.15％、si0.40～0.40％、mn0.25～0.50％、cr10.8～11.20％、ni1.50～1.70％、w1.70～1.80％、mo0.38～0.43％、v0.20～0.25％，余量为fe和不可避免的杂质。所述的工艺方法包括按顺序设置的淬火处理和回火处理，

　　其中，所述的淬火处理至少包括淬火预热处理工步、奥氏体化热处理工步和油淬热处理工步几个步骤。本申请通过有效控制1cr11ni2w2mov耐热钢，并将将按上述控制组分冶炼获得的耐热钢钢坯布按先后顺序分别进行淬火处理和回火处理，而在淬火处理至少包括淬火预热处理工步、奥氏体化热处理工步和油淬热处理工步几个步骤，这样不仅能满足用户对不同规格的锻制或轧制材料的力学性能，而且可以有效的保证耐热钢600℃高温持久性能的技术需求。

　　上述实施方式中，为了更好的控制本申请所述耐热钢的组分，尽可能的通过本申请的热处理方法获得更持久的600℃高温性能，本申请所述不可避免包括p和s，其中按重量百分比计的p≤0.025％，s≤0.010％。相应的，所述的回火处理是按下述步骤进行的，待油淬热处理的坯料冷却至室温后，将其继续放入台车式燃气炉中，并按60℃/h的加热速率加热至680～700℃，保温，出炉空冷至室温完成所述的回火处理工作，其中，所述保温的保温时长按坯料外径的2.3～2.5倍进行计算确定，单位为分钟。而所述的淬火预热处理工步是按下述步骤进行的，将锻制或轧制钢坯放入台车式燃气炉中按50℃/h的加热速率加热至600～650℃，并到温后均热15分钟保温完成所述的淬火预热处理工步，其中，所述保温的保温时长按坯料外径φ≤200mm的坯料，保温30～60分钟；坯料外径φ＞200mm的坯料，保温60～120分钟控制。所述的碳化物溶解与金相组织调节加热处理工步是按下述步骤进行的，将淬火预热处理后的坯料按90℃/h的加热速率加热至1010～1020℃，并保温完成所述的碳化物溶解与金相组织调节加热处理工作，其中，所述保温的保温时长按1.0～1.1×坯料的截面积分钟控制。所述的油淬热处理工步是按下述步骤进行的，将奥氏体化热处理后获得的坯料出炉进行油淬，并在坯料温度达到100℃以下出油空冷至室温。

　　综上所述，采用本申请组分的1cr11ni2w2mov耐热钢，并按上述的淬火处理和回火处理对耐热钢进行处理后，其力学性能和高温持久性能完全满足轴类钢的工况使用条件。热处理后的坯料力学性能：σb：1205～1230mpa,σ0.2：1020～1080mpa，a：15～18％，z：70～76％，akv：118.3～134.7j，hbw：283～317，其综合力学性能较好。且在温度600℃下，在加载应力540n/mm的作为下，高温持久时间大于150h不断裂。

　　实施例1

　　表1为实施例1中产品技术要求

　　表1产品技术要求

　　本实施例提供一种耐热钢1cr11ni2w2mov调质热处理方法，其工艺流程均为：台车式燃气炉进行600～650℃预热并保温→继续加热至1010～1020℃并保温→出炉水淬至低于100℃→台车式燃气炉进行680～700℃回火，并保温→出炉空冷至室温。

　　具体地，以规格为φ350mm的钢坯为例，其热处理工艺如下：

　　(1)淬火：坯料在台车式燃气炉逐支布料，坯料与坯料之间应有一定间隙，最多不超过3层布料。首先将坯料按50℃/h加热至640±10℃进行均热热处理，保温45分钟；然后，将坯料按90℃/h加热至1015±10℃，均热15分钟，并保温26小时40分钟；最后，将坯料出炉进行油淬，当坯料温度低于100℃后出油空冷至室温。

　　(2)回火：将空冷至室温的坯料放入台车式燃气炉进行回火。首先，将坯料按60℃/h加热至700±10℃，保温13小时30分钟，然后出炉空冷至室温。

　　根据本实施例所获得的产品的力学性能数据如表2所示：

　　表2所例实物力学性能

　　由表1和表2可知，根据本实施例方法所获得的产品的力学性能能够满足产品的技术要求，且性能稳定。

　　采用本热处理方法生产的耐热钢1cr11ni2w2mov，其力学满足技术要求，且600℃的高温持久性能完全满足该产品在轴类工况环境中使用。

　　技术特征：

　　1.1cr11ni2w2mov耐热钢，其特征在于：所述的耐热钢为包含量有下述重量份组分的调质热处理钢板，

　　所述的重量份组分为c0.13～0.15％、si0.40～0.40％、mn0.25～0.50％、cr10.8～11.20％、ni1.50～1.70％、w1.70～1.80％、mo0.38～0.43％、v0.20～0.25％，余量为fe和不可避免的杂质，

　　回火处理后的调质热处理耐热钢钢板的σb：1205～1230mpa,σ0.2：1020～1080mpa，a：15～18％，z：70～76％，akv：118.3～134.7j，hbw：283～317，其综合力学性能较好，且在温度600℃下，在加载应力540n/mm的作为下，高温持久时间大于150h不断裂。

　　2.根据权利要求1所述的1cr11ni2w2mov耐热钢，其特征在于：所述不可避免包括p和s，其中按重量百分比计的p≤0.025％，s≤0.010％。

　　3.一种用于对权利要求2所述1cr11ni2w2mov耐热钢进行调质热处理的工艺方法，其特征在于：所述的工艺方法包括按顺序设置的淬火处理和回火处理，

　　其中，所述的淬火处理至少包括淬火预热处理工步、奥氏体化热处理工步和油淬热处理工步几个步骤。

　　4.根据权利要求3所述的工艺方法，其特征在于：所述的回火处理是按下述步骤进行的，

　　待油淬热处理的坯料冷却至室温后，将其继续放入台车式燃气炉中，并按60℃/h的加热速率加热至680～700℃，保温，出炉空冷至室温完成所述的回火处理工作，

　　其中，所述保温的保温时长按坯料外径的2.3～2.5倍进行计算确定，单位为分钟。

　　5.根据权利要求3或4所述的工艺方法，其特征在于：所述的淬火预热处理工步是按下述步骤进行的，

　　将锻制或轧制钢坯放入台车式燃气炉中按50℃/h的加热速率加热至600～650℃，并到温后均热15分钟保温完成所述的淬火预热处理工步，

　　其中，所述保温的保温时长按坯料外径φ≤200mm的坯料，保温30～60分钟；坯料外径φ＞200mm的坯料，保温60～120分钟控制。

　　6.根据权利要求5所述的工艺方法，其特征在于：所述的奥氏体化热处理工步是按下述步骤进行的，

　　将淬火预热处理后的坯料按90℃/h的加热速率加热至1010～1020℃，并保温完成所述的碳化物溶解与金相组织调节加热处理工作，

　　其中，所述保温的保温时长按1.0～1.1×坯料的截面积分钟控制。

　　7.根据权利要求6所述的工艺方法，其特征在于：所述的油淬热处理工步是按下述步骤进行的，

　　将奥氏体化热处理后获得的坯料出炉进行油淬，并在坯料温度达到100℃以下出油空冷至室温。

　　技术总结

　　本发明公开了一种1Cr11Ni2W2MoV耐热钢及其调质热处理工艺方法，属于冶金生产工艺技术领域。提供一种能满足用户对不同规格的锻制或轧制材料的力学性能和600℃的高温持久性能的技术需求的1Cr11Ni2W2MoV耐热钢及其调质热处理工艺方法。所述的耐热钢为包含量有下述重量份组分的调质热处理钢板，所述的重量份组分为C 0.13～0.15％、Si 0.40～0.40％、Mn 0.25～0.50％、Cr 10.8～11.20％、Ni 1.50～1.70％、W 1.70～1.80％、Mo 0.38～0.43％、V 0.20～0.25％，余量为Fe和不可避免的杂质。所述的工艺方法包括按顺序设置的淬火处理和回火处理，其中，所述的淬火处理至少包括淬火预热处理工步、奥氏体化热处理工步和油淬热处理工步几个步骤。

　　技术研发人员：涂露寒

　　受保护的技术使用者：成都先进金属材料产业技术研究院有限公司

　　技术研发日：2019.09.24

　　技术公布日：2019.11.19