17-4PH钢是一种典型的马氏体沉淀硬化不锈钢,良好的综合性能,使其在阀门中大量使用。除具有优良的耐腐蚀性及良好的机械加工性外,兼有高强度(σb≥1310MPa)和硬度(HRC≥40),在阀门中常用于承力、受压、抗冲刷等重要场合的零件,如阀轴、阀芯、阀座等。
17-4PH钢由于热处理工艺的不同,导致其在力学、化学上性能不同。目前,国内外对17-4PH钢在组织及常温力学性能方面研究报道较多,而对其低温性能的报道很少,本文仅对其在低温条件下的要求作讨论。
一、17-4PH钢常用的热处理工艺及力学性能
17-4PH的优良性能是通过热处理实现的,在不同的工艺方法下具有不同的力学性能(包括低温冲击性能)。常用的方法是固溶+时效,有时需加入820℃左右的中间调整处理。常用的热处理工艺及力学性能见下表:
热处理工艺 | 力学性能 | 硬度 |
固溶 | 时效 | σ0.2/MPa | σb/MPa | σ5(%) | ψ(%) | HRC |
1040±20℃水冷 | 480±10℃空冷 | ≥1180 | ≥1310 | ≥10 | ≥40 | ≥40 |
550±10℃空冷 | ≥1000 | ≥1060 | ≥12 | ≥45 | ≥35 |
580±10℃空冷 | ≥865 | ≥1000 | ≥13 | ≥45 | ≥31 |
620±10℃空冷 | ≥725 | ≥930 | ≥16 | ≥50 | ≥28 |
从表中可以看出,随时效温度的升高,抗拉强度和硬度下降,延展性和韧性上升,而延展性和韧性是提高冲击性能的主要因素。
二、热处理工艺对17-4PH钢低温冲击性能的影响
金属材料在低温状态下易产生冷脆性破坏。所谓冷脆,是温度降低时(0℃以下),其冲击值明显降低,它的物理本质是由于温度降低时,温度对错运动的助力作用失去,而使材料的屈服强度升高。一般受材料、合金元素及杂质、晶粒尺寸等三方面影响。
要保证产品的安全性,一般要求低温材料具有高的低温韧性,其低温冲击性能是设计和选材的重要依据和评定标准,由冲击吸收能量(冲击功)大小确定。
经查寻相关文献,17-4PH在不同的工艺条件下具有不同的低温性能。
1、在-60~+20℃下热处理要求及性能
采用二种方法对17-4PH钢进行热处理,并进行对比冲击试验。
A试样:1040℃固溶+520℃时效
B试样:1040℃固溶+816℃调整处理+520℃时效