一種9％ni材料的熱處理及冷凍處理方法

技術(shù)領(lǐng)域

1.本發(fā)明屬于材料熱處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種9％ni材料的熱處理及冷凍處理方法。

背景技術(shù)：

2.9％ni材料常用于制備各種低溫環(huán)境下服役的大型壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子部件，該材料制備的轉(zhuǎn)子部件經(jīng)熱處理工藝后，在低溫工況環(huán)境中運(yùn)行，由于在低溫下使用時會出現(xiàn)顯微組織中的殘余奧氏體組織轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體組織，進(jìn)而引起部件宏觀尺寸變大而導(dǎo)致機(jī)組抱死、振動超標(biāo)等故障。特別是對于9％ni材料制備的較大尺寸的轉(zhuǎn)子部件，由于制備大尺寸轉(zhuǎn)子部件的9％ni材料經(jīng)常規(guī)熱處理后，其組織中的殘余奧氏體數(shù)量更多，會導(dǎo)致上述問題更為明顯。

3.因此，目前亟需一種9％ni材料的處理方法，使處理后的9％ni材料用在大型壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子部件上或其它任何低溫服役環(huán)境的部件上后，不會出現(xiàn)低溫服役過程中相變引起的部件尺寸變化，從而避免部件抱死或振動超標(biāo)等工程事故的發(fā)生。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

4.本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種可以避免在低溫服役環(huán)境中殘余奧氏體組織轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體組織的9％ni材料的熱處理及冷凍處理方法，以解決9％ni材料的部件在低溫服役過程中因相變而引起的部件尺寸變化，避免部件在低溫服役環(huán)境中抱死或振動超標(biāo)等工程事故的發(fā)生。

5.為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種9％ni材料的熱處理及冷凍處理方法，包括如下步驟：

6.淬火處理：加熱至820℃+/-5℃，保溫1-2小時后水冷；

7.二次淬火處理：加熱至670℃+/-5℃，保溫2-3小時后水冷；

8.回火處理：加熱至590℃+/-5℃，保溫2-4小時后空冷；

9.冷凍處理：冷凍溫度為-60℃至-196℃℃，冷凍時間為0.5-1.5小時，然后恢復(fù)至室溫；

10.二次回火處理：加熱至520℃+/-5℃，保溫3-4小時后空冷；

11.其中，所述淬火處理、二次淬火處理、回火處理及二次回火處理分別通過逐級升溫方式使所述9％ni材料加熱到對應(yīng)的溫度。

12.進(jìn)一步地，所述冷凍處理的冷凍溫度是通過氮氣進(jìn)行控溫實現(xiàn)。

13.進(jìn)一步地，所述淬火處理加熱至820℃+/-5℃的加熱速度為80-100℃/小時。

14.進(jìn)一步地，所述二次淬火處理加熱至670℃+/-5℃的加熱速度為70-90℃/小時。

15.進(jìn)一步地，所述回火處理加熱至590℃+/-5℃的加熱速度為50-80℃/小時。

16.進(jìn)一步地，所述二次回火處理加熱至520℃+/-5℃的加熱速度為50-80℃/小時。

17.進(jìn)一步地，所述9％材料的化學(xué)成分及重量百分比為：c≤0.10％；mn≤0.80％；p≤

0.025％；s≤0.025％；si：0.15-0.35％；cu≤0.30％；ni：8.5-9.5％；cr≤0.30％；fe：余量。

18.本發(fā)明提供的一種9％ni材料的熱處理及冷凍處理方法，針對的是低溫工況用9％ni材料制備的較大尺寸部件，如9％ni材料制備的循環(huán)氮壓縮機(jī)核心轉(zhuǎn)子主軸和葉輪部件，或其它有低溫服役環(huán)境要求的工件。由于在低溫環(huán)境中9％ni材料中的低溫不穩(wěn)定相殘余奧氏體會轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏胤€(wěn)定的馬氏體組織，造成9％ni材料發(fā)生體積變化，因此，為了避免9％ni材料制備的部件在低溫環(huán)境中出現(xiàn)顯微組織中的殘余奧氏體組織轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體組織，本發(fā)明對9％ni材料按照相應(yīng)的溫度和保溫時間依次進(jìn)行淬火處理、二次淬火處理及回火處理后，再對9％ni材料在-60℃至-196℃℃的溫度下冷凍處理0.5-1.5小時，提前使9％ni材料中的低溫不穩(wěn)定相殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏胤€(wěn)定的馬氏體組織，使該材料制備的部件在低溫工況服役過程中不再出現(xiàn)顯微組織中的殘余奧氏體組織轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體組織，從而避免該材料制備的部件在低溫工況服役過程中由于顯微組織轉(zhuǎn)變引起部件宏觀尺寸變化而造成的工程問題。

19.并且，本發(fā)明提供的一種9％ni材料的熱處理及冷凍處理方法，以9％ni材料制備的部件的服役最低溫度作為冷凍溫度選定標(biāo)準(zhǔn)，但為了避免9％ni材料制備的部件產(chǎn)生更大的內(nèi)應(yīng)力和變形,影響部件的使用壽命，將9％ni材料的的冷凍處理溫度控制在-60℃至-196℃℃，并冷凍處理0.5-1.5小時，保證9％ni材料中不穩(wěn)定態(tài)奧氏體的轉(zhuǎn)化程度，使9％ni材料制備的部件可以在更低溫度工況下使用，解決了低溫環(huán)境運(yùn)行工況中機(jī)組無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)的難題。

20.同時，本發(fā)明提供的一種9％ni材料的熱處理及冷凍處理方法，在對9％ni材料進(jìn)行冷凍處理后，再在520℃+/-5℃的較高溫度下對9％ni材料進(jìn)行二次回火處理，使材料中形成一部分低溫韌性和低溫穩(wěn)定性好的逆變奧氏體，使得由該9％ni材料制備的部件的綜合力學(xué)性能得以保證，以滿足部件在其他性能上的要求。

附圖說明

21.圖1為本發(fā)明實施例提供的9％ni材料的熱處理及冷凍處理方法的流程圖。

具體實施方式

22.參見圖1，本發(fā)明實施例提供的一種9％ni材料的熱處理及冷凍處理方法，包括如下步驟：

23.步驟1)淬火處理：以80-100℃/小時的加熱速度將9％ni材料加熱至820℃+/-5℃，保溫1-2小時后水冷；

24.步驟2)二次淬火處理：以70-90℃/小時的加熱速度將9％ni材料加熱至670℃+/-5℃，保溫2-3小時后水冷；

25.步驟3)回火處理：以50-80℃/小時的加熱速度將9％ni材料加熱至590℃+/-5℃，保溫2-4小時后空冷；

26.步驟4)冷凍處理：冷凍溫度為-60℃至-196℃℃，冷凍時間為0.5-1.5小時，然后恢復(fù)至室溫；

27.步驟5)二次回火處理：以50-80℃/小時的加熱速度將9％ni材料加熱至520℃+/-5℃，保溫3-4小時后空冷；

28.其中，所述冷凍處理的冷凍溫度是通過氮氣進(jìn)行控溫實現(xiàn)。

29.其中，所述9％材料的化學(xué)成分及重量百分比為：c≤0.10％；mn≤0.80％；p≤0.025％；s≤0.025％；si：0.15-0.35％；cu≤0.30％；ni：8.5-9.5％；cr≤0.30％；fe：余量。

30.本發(fā)明提供的一種9％ni材料的熱處理及冷凍處理方法，通過冷凍處理使材料中奧氏體的低溫穩(wěn)定性得到提高，解決了該材料制備的部件，尤其是大尺寸產(chǎn)品部件，在低溫工況下使用所出現(xiàn)的顯微組織轉(zhuǎn)變而引起的部件宏觀尺寸變化造成的破壞問題。同時通過后續(xù)較高溫度二次回火處理使材料的綜合力學(xué)性能得以保證。并通過控制冷凍溫度在-60℃至-196℃范圍，來實現(xiàn)不穩(wěn)定態(tài)的殘余奧氏體轉(zhuǎn)化的程度，使9％ni材料可以在更低溫度工況下使用，解決了低溫環(huán)境運(yùn)行工況中機(jī)組無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)的難題。

31.下面通過實施例對本發(fā)明提供的一種9％ni材料的熱處理及冷凍處理方法做具體說明。

32.實施例1

33.將9％ni材料的低溫壓縮機(jī)部件置于熱處理爐及氮氣中進(jìn)行熱處理及冷凍處理，依次包括淬火處理，二次淬火，回火處理，冷凍處理及二次回火處理。所述9％ni材料的化學(xué)成分及重量百分比為：c≤0.10％；mn≤0.80％；p≤0.025％；s≤0.025％；si：0.15-0.35％；cu≤0.30％；ni：8.5-9.5％；cr≤0.30％；fe：余量。其中，

34.淬火處理：以80℃/小時的加熱速度，使熱處理爐內(nèi)的溫度升至815℃保溫2小時后，水冷至室溫。

35.二次淬火處理：以70℃/小時的加熱速度，使熱處理爐內(nèi)的溫度升至665℃，保溫3小時后，水冷至室溫。

36.回火處理：以50℃/小時的加熱速度，使熱處理爐內(nèi)的溫度升至585℃，保溫4小時后，空冷至室溫。

37.冷凍處理：通過氮氣將冷凍溫度控制為-60℃，冷凍1.5小時后恢復(fù)室溫狀態(tài)。

38.二次回火處理：以50℃/小時的加熱速度，使熱處理爐內(nèi)的溫度升至515℃保溫4小時后，空冷至室溫。

39.經(jīng)測試熱處理及冷凍處理后的9％ni材料的低溫壓縮機(jī)部件的常溫性能、低溫沖擊數(shù)據(jù)及低溫韌性指標(biāo)見表1-1及1-2所示。

40.表1-1實施例1熱處理及冷凍處理后材料的常溫機(jī)械性能數(shù)據(jù)

41.材質(zhì)編號rs/mparm/mpaa％z％9％ni-15787652977

42.表1-2實施例1熱處理及冷凍處理后材料的低溫沖擊數(shù)據(jù)

[0043][0044]

由上述表可知，進(jìn)行上述熱處理及冷凍處理，得到的部件的屈服強(qiáng)度為578mpa，同時具有優(yōu)異的塑性；在-160℃低溫下，經(jīng)過-120℃冷凍處理后的9％ni鋼表現(xiàn)為100％的韌性斷裂。

[0045]

實施例2

[0046]

將9％ni材料的低溫壓縮機(jī)部件置于熱處理爐及氮氣中進(jìn)行熱處理及冷凍處理，依次包括淬火處理，二次淬火，回火處理，冷凍處理及二次回火處理。所述9％ni材料的化學(xué)成分及重量百分比為：c≤0.10％；mn≤0.80％；p≤0.025％；s≤0.025％；si：0.15-0.35％；cu≤0.30％；ni：8.5-9.5％；cr≤0.30％；fe：余量。其中，

[0047]

淬火處理：以90℃/小時的加熱速度，使熱處理爐內(nèi)溫度升至820℃，保溫1.5小時后，水冷至室溫。

[0048]

二次淬火處理：以60℃/小時的加熱速度，使?fàn)t內(nèi)溫度升至670℃，保溫2.5小時后，水冷至室溫。

[0049]

回火處理：以75℃/小時的加熱速度，使?fàn)t內(nèi)溫度升至590℃，保溫3小時后，空冷至室溫。

[0050]

冷凍處理：通過氮氣將冷凍溫度控制為-140℃，冷凍1小時后恢復(fù)室溫狀態(tài)。

[0051]

二次回火處理：以70℃/小時的加熱速度，使熱處理爐溫度升至520℃，保溫3.5小時后，空冷至室溫。

[0052]

經(jīng)測試熱處理及冷凍處理后的9％ni材料的低溫壓縮機(jī)部件的常溫性能、低溫沖擊數(shù)據(jù)及低溫韌性指標(biāo)見表2-1及2-2所示。

[0053]

表2-1實施例2熱處理及冷凍處理后材料的常溫機(jī)械性能數(shù)據(jù)

[0054]

材質(zhì)編號rs/mparm/mpaa％z％9％ni-26007612579

[0055]

表2-2實施例2熱處理及冷凍處理后材料的低溫沖擊數(shù)據(jù)

[0056][0057]

由上述表可知，進(jìn)行上述熱處理及冷凍處理后，得到的部件的屈服強(qiáng)度為600mpa，同時具有優(yōu)異的塑性；在-160℃低溫下，經(jīng)過-120℃冷凍處理后的9％ni鋼表現(xiàn)為大于95％的韌性斷裂。

[0058]

實施例3

[0059]

將9％ni材料的低溫壓縮機(jī)部件置于熱處理爐及氮氣中進(jìn)行熱處理及冷凍處理，依次包括淬火處理，二次淬火，回火處理，冷凍處理及二次回火處理。所述9％ni材料的化學(xué)成分及重量百分比為：c≤0.10％；mn≤0.80％；p≤0.025％；s≤0.025％；si：0.15-0.35％；cu≤0.30％；ni：8.5-9.5％；cr≤0.30％；fe：余量。其中，

[0060]

淬火處理：以100℃/小時的加熱速度，使熱處理爐內(nèi)溫度升至825℃，保溫1小時后，水冷至室溫。

[0061]

二次淬火處理：以90℃/小時的加熱速度，使熱處理爐內(nèi)溫度升至675℃，保溫2小時后，水冷至室溫。

[0062]

回火處理：以80℃/小時的加熱速度，使熱處理爐內(nèi)溫度升至595℃，保溫,小時后，空冷至室溫。

[0063]

冷凍處理：通過氮氣將冷凍溫度控制為-160℃，冷凍0.5小時后恢復(fù)室溫狀態(tài)；

[0064]

二次回火處理：以80℃/小時的加熱速度，使熱處理爐內(nèi)溫度升至525℃，保溫3小

時后，空冷至室溫。

[0065]

經(jīng)測試熱處理及冷凍處理后的9％ni材料的低溫壓縮機(jī)部件的常溫性能、低溫沖擊數(shù)據(jù)及低溫韌性指標(biāo)見表3-1及3-2所示。

[0066]

表3-1實施例3熱處理及冷凍處理后材料的常溫機(jī)械性能數(shù)據(jù)

[0067]

材質(zhì)編號rs/mparm/mpaa％z％9％ni-35917592475

[0068]

表3-2實施例3熱處理及冷凍處理后材料的低溫沖擊數(shù)據(jù)

[0069][0070]

由上述表可知，進(jìn)行上述熱處理及冷凍處理后，得到材料屈服強(qiáng)度為591mpa，同時具有優(yōu)異的塑性；在-160℃低溫下，經(jīng)過-120℃冷凍處理后的9％ni鋼表現(xiàn)為大于99％的韌性斷裂。

[0071]

最后所應(yīng)說明的是，以上具體實施方式僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照實例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。技術(shù)特征：

1.一種9％ni材料的熱處理及冷凍處理方法，適用于制備大型壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子部件或其它低溫服役環(huán)境部件的9％ni材料的處理，其特征在于，包括如下步驟：淬火處理：加熱至820℃+/-5℃，保溫1-2小時后水冷；二次淬火處理：加熱至670℃+/-5℃，保溫2-3小時后水冷；回火處理：加熱至590℃+/-5℃，保溫2-4小時后空冷；冷凍處理：冷凍溫度為-60℃至-196℃℃，冷凍時間為0.5-1.5小時，然后恢復(fù)至室溫；二次回火處理：加熱至520℃+/-5℃，保溫3-4小時后空冷；其中，所述淬火處理、二次淬火處理、回火處理及二次回火處理分別通過逐級升溫方式使所述9％ni材料加熱到對應(yīng)的溫度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的9％ni材料的熱處理及冷凍處理方法，其特征在于：所述冷凍處理的冷凍溫度是通過氮氣進(jìn)行控溫實現(xiàn)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的9％ni材料的熱處理及冷凍處理方法，其特征在于，所述淬火處理加熱至820℃+/-5℃的加熱速度為80-100℃/小時。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的9％ni材料的熱處理及冷凍處理方法，其特征在于，所述二次淬火處理加熱至670℃+/-5℃的加熱速度為70-90℃/小時。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的9％ni材料的熱處理及冷凍處理方法，其特征在于，所述回火處理加熱至590℃+/-5℃的加熱速度為50-80℃/小時。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的9％ni材料的熱處理及冷凍處理方法，其特征在于，所述二次回火處理加熱至520℃+/-5℃的加熱速度為50-80℃/小時。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的9％ni材料的熱處理及冷凍處理方法，其特征在于：所述9％材料的化學(xué)成分及重量百分比為：c≤0.10％；mn≤0.80％；p≤0.025％；s≤0.025％；si：0.15-0.35％；cu≤0.30％；ni：8.5-9.5％；cr≤0.30％；fe：余量。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明提供了一種9％Ni材料的熱處理及冷凍處理方法，適用于制備大型壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子部件或其它低溫服役環(huán)境部件的9％Ni材料的處理，依次包括淬火處理，二次淬火，回火處理，冷凍處理及二次回火處理等處理過程。本發(fā)明提供的一種9％Ni材料的熱處理及冷凍處理方法，可以避免在低溫服役環(huán)境中殘余奧氏體組織轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體組織，解決了9％Ni材料的部件在低溫服役過程中因相變而引起的部件尺寸變化，避免了部件在低溫服役環(huán)境中抱死或振動超標(biāo)等工程事故的發(fā)生。的發(fā)生。的發(fā)生。

技術(shù)研發(fā)人員：包翠敏 陳蕊 楊智鵬 孫奇 陳煒 鄒鵬 郭婷

受保護(hù)的技術(shù)使用者：大連透平機(jī)械技術(shù)發(fā)展有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2021.11.25

技術(shù)公布日：2022/3/25