本發(fā)明涉及熱處理技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種提高奧氏體耐熱鋼力學(xué)性能的熱處理方法。

背景技術(shù)：

隨著國內(nèi)經(jīng)濟的不斷發(fā)展，對能源的需求與日俱增，同時對自然環(huán)境的保護意識也在不斷提高。我國煤炭資源豐富，火電在我國的能源結(jié)構(gòu)中將長期占據(jù)主導(dǎo)地位。在燃煤發(fā)電領(lǐng)域，同時提高蒸汽的溫度和壓力可以有效地提高熱效率，節(jié)約煤炭的消耗，降低so2、nox和co2等有害氣體的排放，實現(xiàn)環(huán)境友好。

火電機組參數(shù)的不斷提高，對材料的性能也提出了更加苛刻的要求。在600℃超超臨界火電機組中，hr3c耐熱鋼由于其良好的持久性能、抗蒸汽氧化性能和抗煙氣腐蝕性能而被廣泛應(yīng)用于服役工況最苛刻的鍋爐末級過熱器和再熱器中。hr3c是日本住友金屬公司在tp310的基礎(chǔ)上通過復(fù)合添加nb、n等合金元素研制出的一種奧氏體耐熱鋼，在asme標準中的材料牌號為sa312-tp310nbn(unss31042)。

近幾年，鋼鐵和電力行業(yè)一直致力于通過優(yōu)化奧氏體耐熱鋼的成分來提高其力學(xué)性能，滿足更高參數(shù)火電機組鍋爐的要求。通過熱處理工藝的優(yōu)化，也是提高材料服役性能的一個重要的技術(shù)方法，但是現(xiàn)有技術(shù)中對奧氏體耐熱鋼的處理都是配合其組分進行相應(yīng)的熱處理，最后在固溶處理后就結(jié)束了全部過程，沒有其他能夠改良其性能的其他處理，力學(xué)性能提高有限。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種提高奧氏體耐熱鋼力學(xué)性能的熱處理方法，工藝步驟簡單有效，易于操作，成本低，能夠改善奧氏體耐熱鋼的微觀結(jié)構(gòu)，提高其力學(xué)性能。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種提高奧氏體耐熱鋼力學(xué)性能的熱處理方法，包括如下步驟，

步驟1，依照合金成分及燒損量配備原材料，并將原材料在真空環(huán)境下熔煉并澆注成合金錠；

步驟2，將合金錠依次進行均勻化和熱變形處理；

步驟3，將熱變形后的合金在1200-1260℃進行25-45分鐘固溶熱處理，然后水冷到室溫；

步驟4，中溫短期時效處理：將固溶熱處理后的合金加熱到750℃～800℃，保溫30min～60min，空冷至室溫，得到的奧氏體耐熱鋼，在晶內(nèi)獲得納米尺度的z相，并且在晶界獲得m23c6相。

優(yōu)選的，所述奧氏體耐熱鋼的合金成分按重量百分比計包括，ni19-25％，cr20-25％，co1.0-6.0％，mn≤1.0％，nb0.2-0.8％，v0-0.5％，si≤1.0％，n0.1-0.3％，c0.04-0.10％，b0.001-0.003％，ce0-0.04％，p0.01-0.03％，余量為fe。

優(yōu)選的，合金錠在1150-1200℃均勻化20-30小時。

優(yōu)選的，均勻化后的合金錠在1000-1150℃進行熱變形處理。

進一步，所述的熱變形處理采用熱鍛或熱軋，總變形量60-80％，最后一道次變形量不低于20％。

優(yōu)選的，步驟4中制備得到的奧氏體耐熱鋼，主要強化相為mx、z相和m23c6，在700℃時的屈服強度大于180mpa，延伸率大于30％。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：

本發(fā)明一種提高奧氏體耐熱鋼力學(xué)性能的熱處理方法，通過在固溶處理工藝后引入了中溫短期時效處理。奧氏體耐熱鋼在成型加工后的微觀組織由奧氏體基體和粗大的mx相組成，固溶處理使這些粗大的相盡可能多的回溶到基體中，使合金元素擴散更加均勻，為下一步中溫短期時效析出強化相做準備。同時利用固溶處理工藝可將新型奧氏體耐熱鋼晶粒度控制在4～7級，使其在高溫下具有良好的力學(xué)性能。固溶處理后的中溫短期時效處理是晶內(nèi)獲得納米尺度的均勻高密度z相、晶界獲得細小m23c6相的關(guān)鍵。由于中溫短期時效工藝的加入，晶界上有少量的m23c6相析出，同時大量細小的穩(wěn)定z相在晶內(nèi)析出，通過穩(wěn)定相z相優(yōu)先析出，可降低晶內(nèi)cr元素在金屬服役期間向晶界擴散的幾率，避免了因m23c6相長大并連續(xù)導(dǎo)致的晶界弱化，優(yōu)化了新型奧氏體耐熱鋼的力學(xué)性能。

經(jīng)本發(fā)明采用的熱處理工藝處理后的奧氏體耐熱鋼在室溫、650℃和700℃下的強度、塑性和室溫下的韌性均能滿足650℃級火電機組過/再熱器對材料的性能要求，是實現(xiàn)新型奧氏體耐熱鋼性能優(yōu)化的有效手段。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實例1中所述的奧氏體耐熱鋼在固溶處理后的sem照片。

圖2為本發(fā)明實例1中所述的奧氏體耐熱鋼在固溶處理加中溫短期時效處理后晶界的tem照片。

圖3為本發(fā)明實例1中所述的奧氏體耐熱鋼在固溶處理加中溫短期時效處理后晶內(nèi)的tem照片?？梢钥闯鼍?nèi)彌散析出了納米尺寸的z相。

具體實施方式

下面結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明，所述是對本發(fā)明的解釋而不是限定。

實例1

本發(fā)明一種提高奧氏體耐熱鋼力學(xué)性能的熱處理方法，通過固溶處理工藝配合中溫短期時效處理，以析出細小的m23c6相和納米尺寸的z相(nbcrn相)來優(yōu)化耐熱鋼的性能。本實例得到的奧氏體耐熱鋼的化學(xué)成分和現(xiàn)有的hr3c鋼的比較見表1。

表1實例1用奧氏體耐熱鋼(1#)與比較例(hr3c鋼)的化學(xué)成分(質(zhì)量％，余量為fe)。

本發(fā)明一種提高奧氏體耐熱鋼力學(xué)性能的熱處理方法，步驟如下：

1.將依次進行均勻化和熱變形處理的合金試樣加熱至1230℃，保溫30min進行固溶熱處理，水冷至室溫；

2.將固溶熱處理后的合金加熱至750℃，保溫60min，空冷至室溫。

合金試樣的樣品為5mm×5mm×5mm的線切割塊體，分別在固溶處理和固溶處理加中溫短期時效處理后，進行研磨、拋光、腐蝕，利用掃描電子顯微鏡(sem)和透射電子顯微鏡(tem)觀察其組織及析出相形貌，并通過能譜(eds)確定析出相的成分。觀察到固溶處理后，如圖1，顯微組織主要由奧氏體基體和大塊的一次mx相組成，晶界幾乎沒有析出相；固溶處理加中溫短期時效后，如圖2，晶界析出了細小的m23c6相和納米尺度的z相。如圖3，在晶內(nèi)彌散析出了納米尺寸的z相。

利用本發(fā)明提出的熱處理方法對拉伸式樣進行處理后，強度和塑性與標準熱處理的hr3c鋼數(shù)據(jù)對比如表2所示。

表2實例1中的合金與hr3c鋼的拉伸性能

利用本發(fā)明提出的熱處理方法對沖擊試樣處理后，在室溫下和在650℃下分別熱暴露200小時和500小時后的沖擊性能與標準熱處理后的hr3c鋼數(shù)據(jù)對比如表3所示。

表3實例1中合金與hr3c鋼在650℃下熱暴露后的沖擊韌性

綜合上述，本發(fā)明提出的提高奧氏體耐熱鋼力學(xué)性能的熱處理方法可以減小一次mx相的尺寸，同時可在晶內(nèi)彌散析出納米尺度的z相，晶界上也會析出少量的m23c6相。通過對mx的尺寸，z相和m23c6相尺寸和數(shù)量的控制，可獲得滿足性能要求的組織結(jié)構(gòu)，使其具有優(yōu)異的強度、塑性和韌性。

實例2

一種提高奧氏體耐熱鋼力學(xué)性能的熱處理方法，包括如下步驟，

步驟1，依照合金成分及燒損量配備原材料，并將原材料在真空環(huán)境下熔煉并澆注成合金錠；

步驟2，將合金錠依次進行均勻化和熱變形處理；

步驟3，將熱變形后的合金在1200℃進行45分鐘固溶熱處理，然后水冷到室溫；

步驟4，中溫短期時效處理：將固溶熱處理后的合金加熱到800℃，保溫30min，空冷至室溫，得到的奧氏體耐熱鋼，在晶內(nèi)獲得納米尺度的z相，并且在晶界獲得m23c6相。

本優(yōu)選實例中，合金錠在1150℃均勻化30小時。均勻化后的合金錠在1150℃進行熱變形處理。

實例3

一種提高奧氏體耐熱鋼力學(xué)性能的熱處理方法，包括如下步驟，

步驟1，依照合金成分及燒損量配備原材料，并將原材料在真空環(huán)境下熔煉并澆注成合金錠；

步驟2，將合金錠依次進行均勻化和熱變形處理；

步驟3，將熱變形后的合金在1260℃進行35分鐘固溶熱處理，然后水冷到室溫；

步驟4，中溫短期時效處理：將固溶熱處理后的合金加熱到760℃，保溫40min，空冷至室溫，得到的奧氏體耐熱鋼，在晶內(nèi)獲得納米尺度的z相，并且在晶界獲得m23c6相。

本優(yōu)選實例中，合金錠在1200℃均勻化20小時。均勻化后的合金錠在1150℃進行熱變形處理。

實例4

一種提高奧氏體耐熱鋼力學(xué)性能的熱處理方法，包括如下步驟，

步驟1，依照合金成分及燒損量配備原材料，并將原材料在真空環(huán)境下熔煉并澆注成合金錠；

步驟2，將合金錠依次進行均勻化和熱變形處理；

步驟3，將熱變形后的合金在1210℃進行25分鐘固溶熱處理，然后水冷到室溫；

步驟4，中溫短期時效處理：將固溶熱處理后的合金加熱到790℃，保溫60min，空冷至室溫，得到的奧氏體耐熱鋼，在晶內(nèi)獲得納米尺度的z相，并且在晶界獲得m23c6相。

本優(yōu)選實例中，合金錠在1180℃均勻化25小時。均勻化后的合金錠在1000℃進行熱變形處理。