專利名稱：一種低合金耐熱高強鋼構件的制備及熱處理方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鋼鐵材料構件，尤其是一種低合金耐熱高強鋼構件的制備及熱處
理方法。
背景技術：
高溫條件下(通常指材料熔點的0. 3-0. 5倍以上的溫度)，具有抗氧化性和足夠高溫強度以及良好的耐熱性能的鋼稱為耐熱鋼，而耐熱鋼中最具代表性的一類是低合金耐熱高強鋼，例如我國的15CrMo即是一種典型的低合金耐熱高強鋼，15CrMo因其良好的耐熱性能、力學性能、耐腐蝕性能而被廣泛使用于鍋爐、石油化工、煤轉化、汽機輪缸體、火電、核電等使用條件苛刻、腐蝕介質復雜的大型設備的管道、容器、零部件等。然而隨著現代工業(yè)的飛速發(fā)展，15CrMo耐熱高強鋼已經越來越難以滿足工業(yè)設備在強韌性、蠕變性、焊接性等方面更高的要求，優(yōu)化合金成分、調整冶煉、軋制等生產工程中的工藝參數日益成為人們對于改善15CrMo鋼所關注的焦點。同時，由于要獲得需要的優(yōu)異的耐磨性和耐疲勞性等，還需要對其進行滲碳淬火等熱處理，而這往往使得產品產生一定的形變而影響產品的尺寸精度。

發(fā)明內容
針對上述問題，本發(fā)明的目的即在于優(yōu)化設計15CrMo鋼的成分，以及調整冶煉、 軋制、熱處理等的工藝參數，從而制備得到一種強韌性、耐蝕性、焊接性優(yōu)異且熱處理后變形小的新型低合金耐熱高強鋼構件產品。本發(fā)明所采用的技術方案如下一種低合金耐熱高強鋼構件的制備及熱處理方法，其包括以下步驟第一，設計所述低合金耐熱高強鋼的成分，以重量百分含量計(％ )，包含 C 0.09-0. 11，Si 0.06-0. 2，Mn 0. 06-0. 35, Cr 1. 3-1. 5, Mo 0. 35-0. 45, P 彡 0.009， S^O. 006, Ni 0. 2-0. 4, CuO. 01-0. 08, V 0. 3-0. 4, Nb 0. 1-0. 2, W 0. 2-0. 5, Ti 0. 005-0. 02，余量為!^e和不可避免的雜質；第二，冶煉澆注，包括電弧爐初煉，鋼包RH處理和LF處理，控制鋼液符合化學成分要求后澆注，其中鋼包精煉時以3atm以上的壓力進行吹氬至少5分鐘，以有利于雜質的上浮去除；第三，軋制，包括均熱處理，軋制和冷卻，其中均熱處理是在約1100-1150°C的加熱爐中均熱至少4-6小時，軋制的開軋溫度約為1000-1100°C、終軋溫度約為840-880°C，冷卻速度約為5-10°C /s、終冷溫度約為650-680°C。第四，構件的加工，將軋制后的低合金耐熱高強鋼加工成需要的尺寸和形狀，制備得到構件；第五，構件的熱處理，將構件以豎直的狀態(tài)放入滲碳處理爐后，加熱到約 870-900°C，并以約80-100滴/分鐘的速度滴入甲醇，同時通過控制丙烷的流量維持爐內碳勢在0. 8-0. 9%，進行擴散滲碳處理約2-2. 5小時，隨后將構件預冷到約750-780°C同時降低爐內碳勢至約0. 7-0. 75%并保溫約5-10分鐘，然后將構件從滲碳爐中取出并在油溫約為120-140°C的冷卻油中直接淬火，淬火后再進行回火，回火溫度約為160-180°C，回火時間約為1-1. 5小時。下面對本發(fā)明的各個步驟予以解釋說明第一，化學成分的選取C 0. 09-0. 11%, C的含量與鋼的強韌性有直接關系，出于高溫韌性以及焊接性能的考慮，將15CrMo的C含量降低，但為保證鋼的高溫強度，其至少應為0. 09%，同時為保證高溫韌性特別是焊接性，最多為0. 11%。Si 0.06-0. 2%，Si為脫氧元素，要保證脫氧效果，至少應為0.06%，但過多的Si 會降低高溫韌性，因此最多為0. 2%。Mn 0. 06-0. 35%, Mn也是脫氧元素，要保證脫氧效果，至少應為0. 06%，但其也會嚴重降低高溫韌性和高溫強度，因此在15CrMo的基礎上進行調整，最多為0. 35%。Cr 1. 3-1. 5%, Cr對于耐熱鋼的高溫抗氧化性、高溫強度以及高溫耐腐蝕性而言都有重要作用，增加其含量至1. 3%將有助于鋼性能的提高，但過量的增加也會降低高溫強度及高溫韌性，因此最多為1. 5%。Mo 0.35-0. 45%，Mo對于蠕變強度的提高有利，還能夠提高鋼的焊接性，其含量應至少為0. 35，但過量的Mo將會降低韌性，因此最多為0. 45%P^O. 009%,S^O. 006%,兩種雜質元素，再成本允許的情況下，其含量越低越有利于鋼的性能的提高。此外，在15CrMo的基礎上添加適量下列合金元素，以提高其各項性能Ni 0. 2-0. 4%，添加Ni能提高組織的穩(wěn)定性，其含量至少為0. 2%才能發(fā)揮較好的作用，但過量的Ni既不利于節(jié)約成本又降低高溫延展性，因此最多為0. 4%。Cu 0.01-0. 08%，Cu的作用與Ni相似，不再贅述。V 0. 3-0. 4%, V能提高蠕變強度，應保證至少為0. 3%，但過量添加反而不利于蠕變強度，并且降低焊接性，因此最多為0. 4%。Nb 0. 1-0. 2%，Nb的作用與V相似，不再贅述。W 0. 2-0. 5%, W對蠕變強度的提高作用顯著，應保證至少為0. 2%，但過量添加降低韌性，因此最多為0.5%。Ti 0. 005-0. 02%, Ti的主要作用是提高焊接性能，為保證其發(fā)揮作用，至少為 0. 005%，但過量添加降低韌性，因此最多為0. 02%。第二，冶煉及軋制，通過RH、LF等精煉步驟降低0、P、S等有害元素的含量，通過軋制工藝的調整控制鋼的組織結構。第三，熱處理，通過滲碳淬火提高鋼的硬度、耐磨性、疲勞性能等，其中工件的放置方式、油溫的選擇都對構件型變量的起到很好的抑制作用，滲碳淬火、回火的工藝參數，對于構件最終的性能起到決定性的作用。本發(fā)明的優(yōu)點是在15CrMo的基礎上，合理優(yōu)化了鋼的組分，并通過控制冶煉、軋制、熱處理等制備工藝參數，制備得到了高溫性能優(yōu)異，變形量小的構件，特別是由于變形量小，熱處理后無需進行再加工。
具體實施例方式下面，通過具體的實施例對本發(fā)明進行詳細說明。一種低合金耐熱高強鋼構件的制備及熱處理方法，其包括以下步驟第一，設計所述低合金耐熱高強鋼的成分，以重量百分含量計(％ )，包含C 0. 1， Si 0. 1，Mn 0. 2，Cr 1. 2，Mo 0. 4，P 0. 009，S 0. 006，Ni 0. 3，Cu 0. 05，V 0. 35，Nb 0. 15，W
0.3，Ti 0. 01，余量為！^和不可避免的雜質；第二，冶煉澆注，包括電弧爐初煉，鋼包RH處理和LF處理，控制鋼液符合化學成分要求后澆注，其中鋼包精煉時以fetm的壓力進行吹氬5分鐘，以有利于雜質的上浮去除；第三，軋制，包括均熱處理，軋制和冷卻，其中均熱處理是在1130°C的加熱爐中均熱至少5小時，軋制的開軋溫度為1050°C、終軋溫度為860°C，冷卻速度為8°C /s、終冷溫度為 670 0C ；第四，構件的加工，將軋制后的低合金耐熱高強鋼加工成需要的尺寸和形狀，制備得到構件；第五，構件的熱處理，將構件以豎直的狀態(tài)放入滲碳處理爐后，這里的豎直狀態(tài)是指以構件三維最長的一維盡量保持鉛直為準，加熱到890°C，并以90滴/分鐘的速度滴入甲醇，同時通過控制丙烷的流量維持爐內碳勢在0. 85%，進行擴散滲碳處理2小時，隨后將構件預冷到760°C同時降低爐內碳勢至0. 7%并保溫10分鐘，然后將構件從滲碳爐中取出并在油溫為125°C的冷卻油中直接淬火，淬火后再進行回火，回火溫度為170°C，回火時間為
1.5小時。本發(fā)明的構件的室溫抗拉強度為610MPa，在600°C下、200MPa應力測試下其有效壽命約為15CrMo的兩倍，顯著提高了耐熱鋼的使用溫度，熱處理后的表面硬度約為750HV， 并且硬度超過500HV的硬化層厚度為0. 5mm，變形量小，且焊接性也非常優(yōu)異，可以說在各個方面都超過了 15CrMo制品。
權利要求
1. 一種低合金耐熱高強鋼構件的制備及熱處理方法，其包括以下步驟 第一，設計所述低合金耐熱高強鋼的成分，以重量百分含量計(％)，包含 C 0.09-0. 11，Si 0.06-0. 2，Mn 0. 06-0. 35, Cr 1. 3-1. 5, Mo 0. 35-0. 45, P ^ 0.009， S^O. 006, Ni 0. 2-0. 4, CuO. 01-0.08, V 0. 3-0.4, Nb 0. 1-0.2, W 0.2-0.5, Ti 0. 005-0. 02，余量為!^e和不可避免的雜質；第二，冶煉澆注，包括電弧爐初煉，鋼包RH處理和LF處理，控制鋼液符合化學成分要求后澆注，其中鋼包精煉時以3atm以上的壓力進行吹氬至少5分鐘，以有利于雜質的上浮去除；第三，軋制，包括均熱處理，軋制和冷卻，其中均熱處理是在約1100-1150°C的加熱爐中均熱至少4-6小時，軋制的開軋溫度約為1000-1100°C、終軋溫度約為840-880°C，冷卻速度約為5-10°C /s、終冷溫度約為650-680°C。第四，構件的加工，將軋制后的低合金耐熱高強鋼加工成需要的尺寸和形狀，制備得到構件；第五，構件的熱處理，將構件以豎直的狀態(tài)放入滲碳處理爐后，加熱到約870-900°C， 并以約80-100滴/分鐘的速度滴入甲醇，同時通過控制丙烷的流量維持爐內碳勢在 0. 8-0. 9%，進行擴散滲碳處理約2-2. 5小時，隨后將構件預冷到約750-780°C同時降低爐內碳勢至約0. 7-0. 75%并保溫約5-10分鐘，然后將構件從滲碳爐中取出并在油溫約為 120-140°C的冷卻油中直接淬火，淬火后再進行回火，回火溫度約為160-180°C，回火時間約為1-1. 5小時。
全文摘要
本發(fā)明是在15CrMo的基礎上，合理優(yōu)化了鋼的組分，并通過控制冶煉、軋制、熱處理等制備工藝參數，制備得到了高溫性能優(yōu)異，變形量小的耐熱構件，構件的室溫抗拉強度為610MPa，在600℃下、200MPa應力測試下其有效壽命約為15CrMo的兩倍，顯著提高了耐熱鋼的使用溫度，熱處理后的表面硬度約為750HV，并且硬度超過500HV的硬化層厚度為0.5mm，變形量小，且焊接性也非常優(yōu)異，可以說在各個方面都超過了15CrMo制品。
文檔編號C22C38/50GK102433513SQ201110392208
公開日2012年5月2日 申請日期2011年11月29日 優(yōu)先權日2011年11月29日
發(fā)明者楊學焦 申請人:楊學焦