材的冶金质量。采用电渣重熔技术可以获得结晶状态理想的钢锭， 有利于提高锻造过程的成材率和改善钢的塑韧性；马氏体是将钢加热到一定温度后经迅速 冷却，得到的能使钢变硬、增强的一种淬火态组织。马氏体的形成必然要经过淬火，影响马 氏体形态和性能的通常是淬火温度和冷却速度两个因素。淬火温度通常在钢材的临界点温 度以上，这是为了获得完全的奥氏体组织。冷却过程通常要求快速冷却，这样固溶在奥氏 体中的碳来不及析出，就形成了碳在奥氏体中的过饱和固溶体，也就马氏体。由于马氏体形 成过程中有体积膨胀效应，造成晶格畸变，在材料内部造成相变应力，这种应力是无法消除 的，它伴随着马氏体相变存在。同时，由于淬火过程是从高温状态直接快速冷却，由于温度 的巨变在材料内部也产生相当大的热应力。马氏体相变应力和热应力组合在一起，有可能 超过材料的屈服强度，甚至超过材料的抗拉强度，因而导致材料出现变形，甚至是开裂。淬 火过程中产生热应力最大的区间应该是从淬火炉中刚刚拿出来的那一段较短时间，因为钢 材在高温下温降比在较低温度下的温降要快得多，产生的热应力也相应要大很多。因此，在 高温段采用空冷，减缓工件冷却速度，可以有效减少工件的热应力。同时保证工件在快冷前 的温度仍然在临界点附近，这样在后面的快冷过程中仍然可以得到马氏体组织，对工件的 性能影响不大。
[0013] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
[0014] 现有技术对于马氏体不锈钢的淬火工艺通常采用水冷、油冷的方式进行，但从高 温下采用这两种淬火介质产生的热应力比较大，热应力与相变应力的叠加有可能使工件变 形，甚至开裂，废品率较高。本发明通过在高温阶段采用空冷，减缓降温速度，降低工件的 热应力，将温度降到临界点附件，再进行快速冷却，获得马氏体组织的同时减小了工件的变 形，避免开裂，提高了产品的合格率。
【具体实施方式】
[0015] 下面结合一个典型实施例对本发明作进一步说明。
[0016] 本实施例中，采用1吨真空感应炉冶炼，先后冶炼了 6炉，每支钢锭重约1吨。真 空感应冶炼时，当真空度达到〇. 2~0. 3Pa，送电，熔化期真空度不得低于0. 3Pa，熔化时间 为2~3小时，精炼时间为30~60分钟，精炼期真空度不得低于0. 5Pa。钢锭经过打磨，表 面处理，作为电极进行电渣重熔，电渣重熔时，参考电流为5500~6000A，电压为48~54V， 结晶器直径为300_，形成电渣锭。冶炼的6炉马氏体不锈钢的具体成分如表1所示。
[0017] 将浇注后的6支电渣锭进行切头和切尾，去除尾部杂质较多的部位和头部与垫铁 互融的部分，再进行表面打磨，清理表面，避免锻造时出现裂纹。然后经过锻造开坯，破碎 钢锭的铸态组织，形成棒材毛坯，电渣锭的开坯在2000吨快锻机上进行。随后将棒材毛坯 锻造成不同规格的棒材，棒材锻造在吨位为5吨的空气锤上进行。然后将棒材经过退火处 理，再将退火后的棒材加工成零件毛坯，进行热处理。毛坯首先进行淬火处理，淬火温度为 1120°C~1140°C，保温1~3个小时，保温时间根据零件有效厚度确定。保温结束后，用红 外线测温仪测量工件温度，待工件温度达到800°C~820°C时，将工件放入淬火油中进行油 冷，待冷到室温后将工件拿出进行回火处理，回火温度为570°C~590°C，保温2~4个小 时，空冷。
[0018] 本实施例中的6炉钢采用的本发明的分段热处理工艺和直接进行油冷得到的工 件合格率情况见表2,从表2中可以看出，采用本发明中的的热处理工艺，工件的成品率大 大提高，有缺陷工件的数量明显减少；本实施例中的6炉钢经过直接油冷以及本发明中的 分段冷却工艺得到的工件的力学性能见表3,从表3所示，采用本发明中的热处理工艺获得 的力学性能虽然稍低于采用水冷和油冷工艺的，但仍然满足技术条件要求，不影响其使用。
[0019]表1本发明实施例化学成分（wt % )
【主权项】
1. 一种核反应堆用马氏体不锈钢，其特征在于：该马氏体不锈钢的化学成分按重量百 分比为：C:0? 05 ~0? 20%，Si:彡 0? 5%，Mn:彡 0? 5%，P:彡 0? 020%，S:彡 0? 020%，Cr: 11. 0 ~15. 0%，Ni:1. 8 ~3. 5%，Mo:1. 0 ~I. 8%，W:0? 3 ~2. 0%，V:0? 10 ~0? 40%，Nb: 0? 10 ~0? 50%，N:0? 02 ~0? 20%，Co:彡 0? 05%，Cu:彡 0? 02%，其余为Fe和不可避免的 杂质。
2. -种权利要求1所述的核反应堆用马氏体不锈钢的制造方法，其特征在于：采用真 空感应冶炼+电渣重熔双联冶炼工艺；真空感应冶炼时，当真空度达到〇. 2~0. 3Pa，送电， 熔化期真空度不得低于〇. 3Pa，熔化时间为2~3小时，精炼时间为30~60分钟，精炼期 真空度不得低于〇. 5Pa;电渣重熔时，电流为5500~6000A，电压为48~54V，结晶器直径 为300mm;浇注后的钢锭切头和切尾，头部切除整个钢锭重量的5%，尾部切除整个钢锭重 量的8% ;经过开坯、锻造后形成棒材毛坯；经过退火处理，再将棒材毛坯加工成零件毛坯， 进行热处理；其热处理工艺控制的参数如下： 淬火温度为1120 °C~1140 °C，保温1~3个小时，结束后，将工件空冷至800°C~ 820°C，然后再将工件放入淬火油中进行油冷，待油冷到室温后将工件拿出进行回火处理， 回火温度为570°C~590°C，保温2~4个小时，空冷。
【专利摘要】一种核反应堆用马氏体不锈钢及制备方法，属于核电用钢技术领域。该不锈钢的化学成分按重量百分比为：马氏体不锈钢的化学成分按重量百分比为：C：0.05～0.20％，Si：≤0.5％，Mn：≤0.5％，P：≤0.020％，S：≤0.020％，Cr：11.0～15.0％，Ni：1.8～3.5％，Mo：1.0～1.8％，W：0.3～2.0％，V：0.10～0.40％，Nb：0.10～0.50％，N：0.02～0.20％，Co：≤0.05％，Cu：≤0.02％，其余为Fe和不可避免的杂质。采用真空感应冶炼+电渣重熔双联冶炼工艺，将浇注后的钢锭切头和切尾，经过开坯、锻造后形成棒材毛坯。棒材毛坯加工成零件毛坯，进行热处理。由此方法制成的马氏体不锈钢工件，减小了淬火过程中产生的内应力，改善了工件的变形，避免了工件的开裂，显著提高了产品的合格率，制造的工件满足使用性能要求。
【IPC分类】C21D1-18, C21D6-00, C22C38-48, C22C38-52
【公开号】CN104694832
【申请号】CN201510092086
【发明人】王立民, 刘正东, 杨钢, 包汉生, 赵吉庆, 何西扣, 李 权, 程杰锋, 唐广波
【申请人】钢铁研究总院
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年2月28日