阅读说明：本技术 一种17-4ph不锈钢基座的制备方法 (Preparation method of 17-4PH stainless steel base ) 是由 景财年 吴聪 林涛 赵顺治 叶道珉 雷启腾 刘磊 张志浩 于 2020-06-12 设计创作，主要内容包括：本发明属于基座制造及热处理领域,具体涉及一种17-4PH不锈钢基座的制备方法,主要包括以下步骤：通过成分设计、冶炼、熔铸、多次锻造与固溶时效相结合的处理方式制造17-PH基座。本发明的技术方案可以较好的控制基座中δ-铁素体含量,多次锻造有助于基体内部高密度位错墙的形成,合金显微组织细化效果明显,避免锻造过程中的表层开裂与热脆现象,提高了17-4PH基座的强度。同时提供方便快速的17-4PH基座制备流程,提高制备效率,在保证强度和韧性的同时满足复杂环境下的耐腐蚀性能,综合提升17-4PH基座的使用性能,能够更好的满足工业化生产的需求,实现规模化生产。(The invention belongs to the field of base manufacturing and heat treatment, and particularly relates to a preparation method of a 17-4PH stainless steel base, which mainly comprises the following steps: the 17-PH base is manufactured by a treatment mode combining component design, smelting, casting, multiple forging and solid solution aging. The technical scheme of the invention can better control the ferrite content in the base, the repeated forging is beneficial to the formation of a high-density dislocation wall in the matrix, the refining effect of the alloy microstructure is obvious, the phenomena of surface layer cracking and hot brittleness in the forging process are avoided, and the strength of the 17-4PH base is improved. Meanwhile, a convenient and quick 17-4PH base preparation process is provided, the preparation efficiency is improved, the corrosion resistance under a complex environment is met while the strength and the toughness are ensured, the use performance of the 17-4PH base is comprehensively improved, the requirement of industrial production can be better met, and the large-scale production is realized.)

一种17-4PH不锈钢基座的制备方法

技术领域

本发明涉及基座制造及热处理领域，具体涉及一种17-4PH不锈钢基座的制备方法。

背景技术

本发明背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术；近年来，随着我国海洋油气资源的开发，高强度不锈钢材料被广泛用于海底油气输送系统、海上平台系统、海上运输系统等水下生产系统中。由于海洋服役环境的复杂性与特殊性，在海洋环境中仍存在材料受力复杂且程度大以及材料表面有点蚀失效的风险，届时会引发严重的安全事故。特别是高强度耐海水腐蚀金属材料的开发和应用成为材料领域的重要研究方向。

17-4PH钢属于沉淀、硬化不锈钢。强度水平相当于Cr13型马氏体不锈钢，耐蚀性相当于18-8型奥氏体不锈钢，有良好的冷、热加工性能和焊接性能和铸造性能，17-4PH不锈钢广泛应用于飞机发动机、导弹、化工设备、核反应推重、海上平台、直升机、甲板、航天涡旋机叶片、核废物桶等等。

基座机构应用在生活生产中的各个方面，风力发电、船舶、海上平台、信号基站等。由于其结构和性能的特异性，需要为其他结构提供支撑及稳定性。因此,要求基座具有足够的强度以及耐腐蚀性等，基座拥有良好的使用性能是保证各项工作正常进行以及人员安全的重要前提。

近年来，随着17-4PH不锈钢在中国的发展，固溶时效处理逐渐应用到17-4PH不锈钢处理当中，但研究17-4PH不锈钢锻造过程中的问题并不多见，现有技术中公开了一些17-4PH不锈钢的处理方法，如专利CN103643160A公开了一种高性能17-4PH不锈钢及其制备方法，通过成分配比以及进行混料、球磨、造粒、压制、脱脂、真空烧结处理方式，进而得到高性能17-4PH不锈钢，能用于制造承受较重负荷及对硬度、耐磨性和耐腐蚀性有较高要求的设备或部件。

专利CN106567003A公开了一种改进型高硬度17-4PH不锈钢及其制备方法，通过控制不锈钢粉的碳含量并在保护气氛下于1315-1345℃烧结，随炉冷却，可以缩短生产周期，降低能耗。

专利CN107385144A公开了沉淀硬化马氏体不锈钢17-4PH冶炼工艺，通过控制冶炼过程，采用VOC真空吹氧得到低碳、低气体、低夹杂、低五害的17-4PH不锈钢。

专利CN107385144A公开了一种17-4PH不锈钢MIM零件的制造工艺，先将17-4PH不锈钢粉与粘接剂结合并通过注塑成型、脱脂烧结、烧结渗氮，形成致密的MIM零件。

专利CN111074048A公开了一种17-4PH材耐高温高压锻件的制造方法，通过冶炼、锻造、热处理和两次沉淀硬化处理，能够制得的叶轮、气盘具有耐高温高压的特性。

专利CN105170869公开了一种提高17-4PH锻件横向力学性能的锻造方法，通过锻前切割、控制锻造温度以及不同方向上的镦粗、拔长工艺，改善了锻件的致密度，大幅提高锻件的横向力学性能。

综上可知，现有技术中，利用锻造，固溶时效处理的17-4PH不锈钢仍存在以下三个问题，（1）没有控制锻造过程中出现的表层开裂及热脆现象，服役过程中，需要承受因冲击、磨损、疲劳、塑性变形而产生的应力，若17-4PH不锈钢基座在热处理与锻造过程中处理不当，则会导致模具提前失效，造成经济损失或生产事故。（2）后续固溶、时效处理后，虽然提高了17-4PH不锈钢的强度，时效温度过高与时间过长会使沉淀硬化相不断聚集长大，强度开始降低、塑性升高。（3）海上基座制造工艺不够完善，没有形成一套完整的17-4PH基座的制造过程，且现有工艺繁琐，能源消耗大、基台应对复杂环境的能力差以及耐腐蚀性能改善不明显，影响17-4PH基座的加工效率和使用性能。

发明内容

针对上述现有技术对17-4PH基座性能改善有限，且锻造过程中易出现表层开裂及热脆现象，产品强度和塑性难以同时提高以及可焊性差，耐腐蚀性差及工艺繁琐等问题，本发明的目的在于提供一种17-4PH不锈钢基座的制备方法，本发明通过成分设计、冶炼、熔铸、多次锻造与固溶时效相结合的处理方式，和现有技术相比，本发明的技术方案可以为17-4PH基座提供方便快速的制备流程，完善的锻造方案，提高制备效率，减少开裂现象，在保证强度和韧性的同时满足复杂环境下的耐腐蚀性能，综合提升17-4PH基座的力学及使用性能，能够更好的满足工业化生产的需求，实现规模化生产。

为实现上述发明的目的，本发明公开如下的技术方案。

首先本发明对17-4PH材料进行成分设计，然后依据成分进行冶炼、熔铸，通过多次锻造与固溶时效处理结合，完成大型17-4PH基座的制备过程。具体包括以下步骤：

（1）成分设计：17-4PH材料的化学成分及重量百分比为：C：0.07％；Si≤1.0％；Mn≤1.0％；P≤0.03％；S≤0.01％；Ni：4.0-4.5％；Cr：15-16％；Cu：3.0-5.0％；Mo≤0.5％；Nb：0.15-0.45％；Pb≤0.01％；Sn≤0.01％；As≤0.01％；Bi≤0.01％；Sb≤0.01％；余量为Fe。

（2）冶炼、熔铸：将配比好的17-4PH材料放入冶炼炉中冶炼，采用VD炉+LF炉的冶炼工艺，熔炼后浇注成铸锭。

（3）多次锻造：然后将铸锭进行锻造处理，工艺流程为：下料→二级加热→镦粗→预锻造→二次锻造→终锻→炉冷。

（4）固溶时效处理：最后将锻造完成的17-4PH基座加热到奥氏体温度进行固溶处理，即得到过饱和铜、铌的马氏体组织，由于马氏体本身具有高强韧性，从而得到一定程度的强化；再经时效处理后，溶解在基体组织中的过饱和铜、铌等元素析出，使材料得到进一步强化，最终组织主要为马氏体+部分δ-铁素体+ε-Cu及Nb析出相，以此强化基座，提升力学性能。

作为进一步的技术方案，步骤（1）中，所述17-4PH材料的化学成分及重量百分比，为了控制δ-铁素体含量，满足≤5%的要求，进而满足力学性能要求，需要进一步限制成分含量，Ni：4.0-4.5％；Cr：15-16％；C取上限；Mo取下限，可以较好控制δ-铁素体含量。

作为进一步的技术方案，步骤（2）中，所述17-4PH材料的精炼温度1670-1690℃，保温10-20min，出炉温度1570-1690℃，同时控制浇注温度，采用较慢冷却速度。

作为进一步的技术方案，步骤（3）中，所述17-4PH基座锻造温度为1175-1205℃。

作为进一步的技术方案，步骤（3）中，所述二级加热是将17-4PH铸锭在820-930℃下预热2-2.5h，然后转入高温炉中加热至锻造温度并保温1.5-2h，有助于细化基座组织晶粒，便于锻造，同时防止加热温度过高工件过烧、防止热冲击引起内裂纹。

作为进一步的技术方案，步骤（3）中，所述多次锻造处理：镦粗、预锻造、二次锻造、终锻的变形量皆为10-20%。

作为进一步的技术方案，步骤（3）中，所述炉冷：为防止锻件开裂，对于大锻件来说，热处理后的冷却方式通常为炉冷、坑冷或灰沙冷却，禁止快速冷却。

作为进一步的技术方案，步骤（4）中，所述固溶与时效处理：首先加热至1000-1150℃固溶，保温1-4h，油冷至室温，经固溶处理后，610-630℃时效1-4h，空冷至室温。

与现有技术相比，本发明取得了以下有益效果：

（1）本发明通过控制17-4PH不锈钢的成分和含量，可以较好控制基座中δ-铁素体含量，提高固溶程度，从而更方便的通过后续工艺得到所需要的组织及力学性能。

（2）本发明采用多次锻造及二级加热处理，控制连续锻压前和锻压过程中的温度及变形量可确保锻件成形，避免锻造裂纹和提高产品晶粒度。变形过程中，载荷方向的不断变化有助于基体内部高密度位错墙的形成，提高了17-4PH基座的强度，经等温多次锻造后，合金显微组织细化效果明显，材料的延展性得到进一步的提高。

（3）本发明打破现有的锻造，热处理工艺等固有的17-4PH不锈钢的处理思维，提供一套完善的17-4PH基座的制造方法，能够有效的防止锻造过程中的开裂现象，同时还起到细化晶粒的作用，能够使17-4PH基座保持良好的强度韧性条件下，耐腐蚀性也大幅提高，和现有技术相比，本发明提供了的17-4PH基座的制造方法，具有工艺简单、性能优异，耐腐蚀性强，不需要特殊设备、成本低的优势，可以更好的满足工业化生产的需求。

具体实施方式

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应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如，在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为一种17-4PH基座示意图，图中：1为基座，2为通孔，3为标识区，4为固定孔。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步进行说明。

实施例1：

首先，按照17-4PH材料的化学成分及重量百分比：C：0.07％；Si≤1.0％；Mn≤1.0％；P≤0.03％；S≤0.01％；Ni：4.0-4.5％；Cr：15-16％；Cu：3.0-5.0％；Mo≤0.5％；Nb：0.15-0.45％；Pb≤0.01％；Sn≤0.01％；As≤0.01％；Bi≤0.01％；Sb≤0.01％；余量为Fe，将17-4PH材料配比好。将配比好的17-4PH放入冶炼炉中冶炼，采用VD炉+LF炉的冶炼工艺，精炼温度1670℃，保温10min，出炉温度1670℃，同时控制浇注温度，采用较慢冷却速度，熔炼后浇注成铸锭。然后参考图1将铸锭进行多次锻造，17-4PH基座锻造温度为1175℃，工艺流程为：下料→二级加热（17-4PH铸锭在820℃下预热2h，然后转入高温炉中加热至锻造温度并保温1.5。）→镦粗（变形量为10%）→预锻造（变形量为10%）→二次锻造（变形量为10%）→终锻（变形量为10%）→炉冷。最后将锻造完成的17-4PH基座进行固溶时效处理，固溶处理首先加热至1100℃固溶，保温1h，油冷至室温，固溶处理得到过饱和铜、铌的马氏体组织，从而得到一定程度的强化，接着时效处理，经固溶处理后，610℃时效1h，空冷至室温，溶解在基体组织中的过饱和铜、铌等元素析出，使材料得到进一步强化，最终组织主要为马氏体+部分δ-铁素体+ε-Cu及Nb析出相，以此强化基座，提升力学性能。

实施例2：

首先按照17-4PH材料的化学成分及重量百分比：C：0.07％；Si≤1.0％；Mn≤1.0％；P≤0.03％；S≤0.01％；Ni：4.0-4.5％；Cr：15-16％；Cu：3.0-5.0％；Mo≤0.5％；Nb：0.15-0.45％；Pb≤0.01％；Sn≤0.01％；As≤0.01％；Bi≤0.01％；Sb≤0.01％；余量为Fe，将材料配比好。将配比好的17-4PH放入冶炼炉中冶炼，采用VD炉+LF炉的冶炼工艺，精炼温度1680℃，保温15min，出炉温度1680℃，同时控制浇注温度，采用较慢冷却速度，熔炼后浇注成铸锭。然后参考图1将铸锭进行多次锻造，17-4PH基座锻造温度为1185℃，工艺流程为：下料→二级加热（17-4PH铸锭在850℃下预热2.3h，然后转入高温炉中加热至锻造温度并保温1.7h。）→镦粗（变形量为15%）→预锻造（变形量为15%）→二次锻造（变形量为15%）→终锻（变形量为15%）→炉冷。最后将锻造完成的17-4PH基座进行固溶时效处理，固溶处理首先加热至1120℃固溶，保温2h，油冷至室温，固溶处理得到过饱和铜、铌的马氏体组织，从而得到一定程度的强化，接着时效处理，经固溶处理后，620℃时效2h，空冷至室温，溶解在基体组织中的过饱和铜、铌等元素析出，使材料得到进一步强化。最终组织主要为马氏体+部分δ-铁素体+ε-Cu及Nb析出相，以此强化基座，提升力学性能。

实施例3：

首先，按照17-4PH材料的化学成分及重量百分比：C：0.07％；Si≤1.0％；Mn≤1.0％；P≤0.03％；S≤0.01％；Ni：4.0-4.5％；Cr：15-16％；Cu：3.0-5.0％；Mo≤0.5％；Nb：0.15-0.45％；Pb≤0.01％；Sn≤0.01％；As≤0.01％；Bi≤0.01％；Sb≤0.01％；余量为Fe，将材料配比好。将配比好的17-4PH放入冶炼炉中冶炼，采用VD炉+LF炉的冶炼工艺，精炼温度1690℃，保温20min，出炉温度1690℃，同时控制浇注温度，采用较慢冷却速度，熔炼后浇注成铸锭。然后参考图1将铸锭进行多次锻造，17-4PH基座锻造温度为1195℃，工艺流程为：下料→二级加热（17-4PH铸锭在880℃下预热2.5h，然后转入高温炉中加热至锻造温度并保温2h。）→镦粗（变形量为20%）→预锻造（变形量为20%）→二次锻造（变形量为20%）→终锻（变形量为20%）→炉冷。最后将锻造完成的17-4PH基座进行固溶时效处理，固溶处理首先加热至1140℃固溶，保温3h，油冷至室温，固溶处理得到过饱和铜、铌的马氏体组织，从而得到一定程度的强化，接着时效处理，经固溶处理后，630℃时效3h，空冷至室温，溶解在基体组织中的过饱和铜、铌等元素析出，使材料得到进一步强化，最终组织主要为马氏体+部分δ-铁素体+ε-Cu及Nb析出相，以此强化基座，提升力学性能。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围，凡依本发明申请范围所做的均等变化与改进等均应仍归属本发明的专利涵盖范围之内。