專利名稱：Hr3c奧氏體耐熱鋼獲得納米強(qiáng)化相的熱處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種HR3C奧氏體耐熱鋼獲得納米強(qiáng)化相的熱處理方法，尤其是超超 臨界火電機(jī)組用奧氏體耐熱鋼的熱處理方法，屬于熱處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
提高發(fā)電效率、減少CO2及其它有害氣體的排放、節(jié)約資源是今后火電機(jī)組的發(fā)展 方向。提高蒸汽參數(shù)，發(fā)展大容量機(jī)組是提高熱效率的主要手段。目前世界各國(guó)火電機(jī)組 參數(shù)已由亞臨界參數(shù)發(fā)展到超臨界參數(shù)，甚至超超臨界(ultra-super critical, USC)參 數(shù)。發(fā)展USC機(jī)組的關(guān)鍵技術(shù)是開(kāi)發(fā)熱強(qiáng)度高、抗高溫?zé)煔庋趸g和高溫汽水介質(zhì)腐蝕、 可焊性和工藝性良好、價(jià)格相對(duì)低廉的材料。HR3C是日本住友金屬命名的牌號(hào)，在ASME標(biāo)準(zhǔn)中的材料牌號(hào)為 SA312-TP310NbN(UNS S31042)。HR3C鋼廣泛應(yīng)用于超臨界和超超臨界鍋爐的過(guò)熱器和再熱 器，是在TP310奧氏體耐熱鋼的基礎(chǔ)上，通過(guò)限制碳含量，并復(fù)合添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 20% 0. 60%的強(qiáng)碳氮化物形成元素鈮和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 15% 0. 35%的氮，利用析出彌散分布、 細(xì)小的NbCrN相和富Nb的碳氮化物以及M23C6 (M是Cr和可置換Cr的金屬元素，如Fe)型碳 化物來(lái)進(jìn)行強(qiáng)化。目前，HR3C耐熱鋼產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝流程是棒料-坯料加工-熱擠壓-冷 軋_固溶處理-成品[蔣淮海.TP310HNbN鍋爐鋼管制造工藝研究，先進(jìn)電站用耐熱鋼與合 金研討會(huì)，上海2009]，其最終熱處理工藝是固溶處理，顯微組織是在奧氏體基體上分布有 NbCrN相和MX (M是指強(qiáng)碳氮化物形成元素V、Nb等，X是指C和/或N)型碳氮化物相，這些 強(qiáng)化相的尺寸較大，約在Iym左右，小的也在IOOnm以上，而且數(shù)量很少，每平方微米面積 內(nèi)強(qiáng)化相數(shù)目不足0. 1個(gè)。眾所周知，彌散強(qiáng)化的效果與彌散相顆粒的數(shù)量和大小有關(guān)，彌 散相顆粒越小，數(shù)量越多，其強(qiáng)化效果越好。中國(guó)專利200710113974. 0公開(kāi)了一種鐵素體 系耐熱鋼獲得高密度納米強(qiáng)化相的方法，首先通過(guò)正火處理獲得含有位錯(cuò)亞結(jié)構(gòu)的板條狀 馬氏體，然后再經(jīng)高溫回火處理在馬氏體板條內(nèi)獲得高密度且均勻分布的MX型納米強(qiáng)化 相，高密度的位錯(cuò)亞結(jié)構(gòu)為納米強(qiáng)化相的析出提供了形核位置。但對(duì)奧氏體耐熱鋼來(lái)說(shuō)，由 于在冷卻過(guò)程中不發(fā)生相變和形成高密度位錯(cuò)亞結(jié)構(gòu)，因而不易獲得高密度納米強(qiáng)化相。 目前，還沒(méi)有文獻(xiàn)報(bào)道在奧氏體耐熱鋼中獲得高密度且均勻分布的納米強(qiáng)化相的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種HR3C奧氏體耐熱鋼獲得納米強(qiáng)化相的熱處理方法，其 技術(shù)方案為一種HR3C奧氏體耐熱鋼獲得納米強(qiáng)化相的熱處理方法，其特征在于熱處理分兩 步第一步，固溶處理，將鋼件加熱到1170-1250°C，保持30-60min，然后水冷到室溫；第二 步，退火處理，將經(jīng)過(guò)固溶處理后的鋼件加熱到800-950°C，保持30-240min，然后空冷到室 其工作原理為
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HR3C奧氏體耐熱鋼在成型加工狀態(tài)下的顯微組織由奧氏體基體和粗大的NbCrN 相型復(fù)雜氮化物相組成，固溶處理的目的就是將這些粗大相盡量多的溶解到基體中，為下 一步在退火過(guò)程中析出更多的納米強(qiáng)化相做準(zhǔn)備。隨固溶處理溫度的升高和保溫時(shí)間的 延長(zhǎng)，粗大的NbCrN相溶解的就越多，退火后析出的納米強(qiáng)化相密度就越高。但溫度太高 或時(shí)間太長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致奧氏體晶粒過(guò)于粗大，不利于HR3C奧氏體耐熱鋼的性能。本發(fā)明確定 的固溶處理溫度在1170-1250°C之間，時(shí)間在30-60min之間，優(yōu)選的固溶處理工藝參數(shù)為 1200-1220°C保持45-50min，然后水冷到室溫。固溶處理后的退火處理是在鋼的奧氏體晶粒內(nèi)部獲得均勻分布的高密度NbCrN 型納米強(qiáng)化相的關(guān)鍵。溫度低于800°C，不僅NbCrN型納米強(qiáng)化相的析出時(shí)間延長(zhǎng)，同時(shí)由 于晶界M23C6型碳化物的析出，導(dǎo)致晶界貧Cr區(qū)嚴(yán)重，降低了 HR3C鋼的高溫抗晶界腐蝕能 力。隨著退火溫度的升高，NbCrN型納米強(qiáng)化相的析出時(shí)間縮短，同時(shí)由于Cr的擴(kuò)散速度 增加，晶界M23C6型碳化物的析出也不會(huì)造成晶界貧Cr區(qū)。但溫度高于950°C，NbCrN型納 米強(qiáng)化相形核密度降低，顆粒尺寸增加，析出密度減少，降低彌散強(qiáng)化效果。本發(fā)明推薦的 退火處理工藝是800-950°C，保持30-240min，然后空冷到室溫。優(yōu)化的退火處理工藝參數(shù) 是850-880°C，保持50-80min，然后空冷到室溫。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)是在奧氏體晶粒內(nèi)部獲得均勻分布的高密度的 NbCrN型納米強(qiáng)化相，其熱穩(wěn)定性高，高溫強(qiáng)化效果好，經(jīng)本發(fā)明技術(shù)處理的HR3C奧氏體耐 熱鋼的高溫持久強(qiáng)度明顯提高，抗高溫腐蝕性能也好。


圖1是HR3C奧氏體耐熱鋼經(jīng)本發(fā)明熱處理(實(shí)施例3)后獲得的納米強(qiáng)化相形 貌；圖2是HR3C奧氏體耐熱鋼在固溶處理狀態(tài)下(現(xiàn)有技術(shù))的顯微組織。
具體實(shí)施例方式試驗(yàn)用HR3C奧氏體耐熱鋼的化學(xué)成分見(jiàn)表1。經(jīng)熔煉、熱加工和冷加工制得HR3C 鋼件，然后按本發(fā)明的熱處理方法進(jìn)行熱處理，熱處理工藝參數(shù)見(jiàn)表2。經(jīng)熱處理后的HR3C 鋼件一部分加工成金相試樣在FEI Sirion掃描電子顯微鏡下觀察強(qiáng)化相的形貌，測(cè)量每 平方微米面積內(nèi)包含的納米強(qiáng)化相的顆粒數(shù)，一部分加工成標(biāo)準(zhǔn)持久試樣在CSS-3905電 子蠕變持久試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行持久試驗(yàn)，根據(jù)持久試驗(yàn)結(jié)果，采用Larson-Miller參數(shù)法估算 700°C、10萬(wàn)小時(shí)條件下的持久強(qiáng)度。每平方微米面積內(nèi)包含的納米強(qiáng)化相的顆粒數(shù)和 700°C、10萬(wàn)小時(shí)條件下的持久強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果列于表2。從表2中可以看出，經(jīng)本發(fā)明熱處 理方法處理的HR3C奧氏體耐熱鋼在奧氏體晶粒內(nèi)部獲得了高密度且均勻分布的納米強(qiáng)化 相，與現(xiàn)有技術(shù)相比，700°C、10萬(wàn)小時(shí)條件下的持久強(qiáng)度明顯提高。圖1是HR3C奧氏體耐 熱鋼經(jīng)本發(fā)明熱處理方法(表2中實(shí)施例3)熱處理后獲得的納米強(qiáng)化相形貌，圖2是HR3C 奧氏體耐熱鋼經(jīng)固溶處理后不經(jīng)退火處理(表2中比較例7，現(xiàn)有技術(shù))的強(qiáng)化相形貌。 從圖1、圖2也可以看出采用本發(fā)明處理的HR3C奧氏體耐熱鋼具有高密度且均勻分布的 CrNbN型納米強(qiáng)化相，現(xiàn)有技術(shù)處理的HR3C奧氏體耐熱鋼沒(méi)有高密度分布的CrNbN型納米 強(qiáng)化相。學(xué)成分
元素CMnPSSiNiCrNb+TaNFe含量 wt.%0.060.990.0260.0010.5519.825.30.460.20余量表2熱處理工藝參數(shù)
實(shí)施例熱處理工藝每平方微米面積內(nèi)強(qiáng)700"C、10萬(wàn)小時(shí)持固溶處理退火處理化相顆粒數(shù)，個(gè)/μπι2久強(qiáng)度，MPa本發(fā)例11170°Cx60min850°Cx60min1580明熱例21200°Cx50min950°Cx60min1085處理例31220°Cx40min850°Cx45min2586方法例41250°Cx30min900°Cx60min1583例51220°Cx45min850°Cx30min3085例61200°Cx60min800°Cx240min2080現(xiàn)有例71200°Cx60min-小于0.170技術(shù)
權(quán)利要求
一種HR3C奧氏體耐熱鋼獲得納米強(qiáng)化相的熱處理方法，其特征在于熱處理分兩步第一步，固溶處理，將鋼件加熱到1170 1250℃，保持30 60min，然后水冷到室溫；第二步，退火處理，將經(jīng)過(guò)固溶處理后的鋼件加熱到800 950℃，保持30 240min，然后空冷到室溫。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種HR3C奧氏體耐熱鋼獲得納米強(qiáng)化相的熱處理方法，其特征在于熱處理分兩步第一步，固溶處理將鋼件加熱到1170-1250℃，保持30-60min，然后水冷到室溫；第二步，退火處理將經(jīng)過(guò)固溶處理后的鋼件加熱到800-950℃，保持30-240min，然后空冷到室溫。經(jīng)本發(fā)明熱處理方法處理后的HR3C奧氏體耐熱鋼，在奧氏體晶粒內(nèi)部均勻分布有高密度的NbCrN型納米強(qiáng)化相，尺寸在20-60nm之間，每平方微米面積內(nèi)納米強(qiáng)化相顆粒數(shù)在5-30個(gè)，高溫持久強(qiáng)度明顯提高，抗高溫腐蝕性能也好。
文檔編號(hào)C21D6/00GK101914662SQ20101027414
公開(kāi)日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2010年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月7日
發(fā)明者周麗, 姜學(xué)波, 殷鳳仕, 田麗倩, 薛冰 申請(qǐng)人:山東理工大學(xué)