一种降低含铬不锈钢回火脆性敏感性的深冷处理技术

本发明涉及金属材料热处理，具体涉及一种降低含铬不锈钢回火脆性的热处理方法及含铬不锈钢制品。

背景技术：

1、马氏体-铁素体不锈钢具有良好的耐腐蚀性和较高的强度，被广泛应用于航空、航天、船舶及能源等领域的关键结构件，例如紧固件、叶片及轴类零件。为获得优异的综合力学性能，该类钢通常需要进行调质处理（淬火+高温回火）。

2、然而，含铬不锈钢在450～550℃温度范围内长时间加热或缓慢冷却时，会表现出显著的冲击韧性下降现象，即“475℃脆性”。研究表明，475℃脆性是由于该温度下铁素体内发生铬原子调幅分解，形成富铬的α′相，与母相产生晶格畸变和内应力，导致韧性急剧降低。该脆性现象与钢中铬含量密切相关：铬含量越高，越容易发生脆性，且脆性敏感温度区间向高温方向偏移，出现脆性所需的加热时间也越短。475℃脆性在各类不锈钢中均会发生，包括铁素体不锈钢（如1cr17）、马氏体-铁素体不锈钢（如1cr13、2cr13、1cr17ni2、1cr17ni3）等。这种脆性无法通过快速冷却消除，是不锈钢材料特有的组织缺陷。在实际生产中，450℃附近的回火工艺十分常见，如何弱化或避免475℃脆性对材料性能的不利影响，是提升1cr17ni2钢服役安全性的关键技术难题。

3、目前，为缓解含铬不锈钢的475℃脆性，通常采用避开敏感温度区间（如选择高于550℃或低于400℃回火）或严格限制保温时间。但这两种方法均存在局限性：高温回火会显著降低材料强度；低温回火则无法充分消除淬火应力；而缩短时间又难以保证组织均匀性。深冷处理作为一种新型工艺，在改善模具钢、轴承钢的尺寸稳定性和耐磨性方面已有应用，但在降低含铬不锈钢（如1cr17ni2钢）475℃回火脆性敏感性方面的研究尚未见报道。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明提出一种降低含铬不锈钢回火脆性的热处理方法及含铬不锈钢制品，旨在克服现有含铬不锈钢在450℃附近回火时易产生475℃脆性，提升含铬不锈钢冲击韧性，能够有效弱化含铬不锈钢的脆性敏感性，同时保持含铬不锈钢高强度和良好低温韧性。

2、第一方面，本申请实施例提供了一种降低含铬不锈钢回火脆性的热处理方法，包括：

3、对含铬不锈钢进行奥氏体化处理及淬火；

4、将淬火后的含铬不锈钢在420～460℃温度下进行预回火处理；

5、将预回火后的含铬不锈钢在620～680℃温度下进行温锻处理；

6、将温锻后的含铬不锈钢在-201℃～-191℃温度下进行深冷处理；

7、将深冷处理后的含铬不锈钢恢复至室温后进行最终回火处理，得到低回火脆性的含铬不锈钢制品。

8、可选地，所述深冷处理的保温时间为120min～2880min。

9、可选地，所述深冷处理的保温时间为480min～720min。

10、可选地，所述温锻处理含铬不锈钢前还包括：将预回火后的含铬不锈钢随炉升温至620～680℃并保温8～15min。

11、可选地，所述预回火处理的保温时间为50～65min；

12、可选地，所述最终回火处理的温度为440～460℃，保温时间为20～40min。

13、可选地，所述奥氏体化处理为将含铬不锈钢加热至1000～1040℃保温120min～160min；

14、可选地，所述淬火为油淬；

15、可选地，所述温锻处理为累计变形量80%～85%的多道次锻造。

16、可选地，所述含铬不锈钢为马氏体-铁素体不锈钢或铁素体不锈钢，其铬含量≥13%。

17、可选地，所述含铬不锈钢为1cr17ni2钢、1cr13钢或2cr13钢。

18、可选地，1cr17ni2钢其化学成分质量分数为：c 0.11～0.17%，si ≤0.8%，mn ≤0.8%，p ≤0.03%，s ≤0.025%，cr 16～18%，ni 1.5～2.5%，余量为fe及不可避免的杂质。

19、10.一种含铬不锈钢制品，其特征在于，采用权利要求1至9任一项所述的方法制备得到，所述制品在450℃回火后组织中富铬α′相的含量低于未经深冷处理的对比制品。

20、第二方面，本申请实施例提供了一种采用降低含铬不锈钢回火脆性的热处理方法制备得到的含铬不锈钢制品。所述含铬不锈钢制品在450℃回火后组织中富铬α′相的含量低于未经深冷处理的对比制品。

21、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

22、本发明通过精确控制深冷处理参数，促进残余奥氏体向马氏体的充分转变，同时有效调控残余应力分布，使组织应力状态趋于均匀化，并抑制铬原子调幅分解，从而降低不锈钢475℃回火脆性敏感性。特别地，本发明采用预回火、温锻、深冷以及最终回火的工艺链条，其中预回火与温锻的协同作用改变了后续回火过程中铬元素的析出动力学，深冷处理进一步稳定组织，从而抑制了475℃脆性。以包括1cr17ni2钢在内的含铬不锈钢为例，该方法显著降低了其在450℃回火（475℃脆性敏感区间）后的冲击韧性损失，同时在保持抗拉强度≥1200mpa的前提下，使-60℃低温冲击功可提升至60j以上，并改善了组织的均匀性。与传统调质处理及单一回火工艺相比，本发明有效弱化了不锈钢的475℃回火脆性敏感性，同时显著提升了材料的屈服强度。

1.一种降低含铬不锈钢回火脆性的热处理方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述深冷处理的保温时间为120min～2880min。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述深冷处理的保温时间为480min～720min。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述温锻处理含铬不锈钢前还包括：将预回火后的含铬不锈钢随炉升温至620～680℃并保温8～15min。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预回火处理的保温时间为50～65min。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述最终回火处理的温度为440～460℃，保温时间为20～40min。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述奥氏体化处理为将含铬不锈钢加热至1000～1040℃保温120min～160min；

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含铬不锈钢为马氏体-铁素体不锈钢或铁素体不锈钢，其铬含量≥13%。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述含铬不锈钢为1cr17ni2钢、1cr13钢或2cr13钢。

10.一种含铬不锈钢制品，其特征在于，采用权利要求1至9任一项所述的方法制备得到，所述制品在450℃回火后组织中富铬α′相的含量低于未经深冷处理的对比制品。