本發(fā)明涉及奧氏體耐熱鋼的熱處理
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體為一種提高奧氏體耐熱鋼時(shí)效后室溫沖擊韌性的熱處理方法。
背景技術(shù)：
：由于我國(guó)煤炭資源豐富，火電在我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)中長(zhǎng)期占據(jù)主導(dǎo)地位，研究表明，在未來(lái)的20年中，火電仍然會(huì)保持較高的比例。在燃煤發(fā)電領(lǐng)域，同時(shí)提高蒸汽的溫度和壓力是提高發(fā)電機(jī)組熱效率的關(guān)鍵，可有效地節(jié)約煤炭的消耗，降低有害氣體的排放，達(dá)到環(huán)境友好的目的。在600℃超超臨界火電機(jī)組，甚至更高參數(shù)的機(jī)組中，高cr的奧氏體耐熱鋼由于其良好的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(jí)過(guò)熱器和再熱器中。但是，較高的cr含量同時(shí)為晶界m23c6相的析出和長(zhǎng)大提供了良好的動(dòng)力學(xué)條件。許多奧氏體耐熱鋼在長(zhǎng)期時(shí)效后，晶界碳化物有迅速長(zhǎng)大，連成網(wǎng)狀分布的現(xiàn)象發(fā)生，這將降低晶界的結(jié)合力，使材料室溫沖擊韌性大幅度下降。這種現(xiàn)象將會(huì)嚴(yán)重影響機(jī)組的安全運(yùn)行，縮短機(jī)組部件的使用壽命。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種提高奧氏體耐熱鋼時(shí)效后室溫沖擊韌性的熱處理方法，能夠有效地減緩時(shí)效后沖擊韌性下降的幅度，提高時(shí)效后耐熱鋼的沖擊韌性，為電廠機(jī)組的安全運(yùn)行提供保障。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：一種提高奧氏體耐熱鋼時(shí)效后室溫沖擊韌性的熱處理方法，包括如下步驟，步驟1，將奧氏體耐熱鋼加熱至1220℃～1240℃；步驟2，將加熱后的奧氏體耐熱鋼在1220℃～1240℃下保溫15min～25min；步驟3，將保溫后的奧氏體耐熱鋼以3℃/min～5℃/min的冷卻速率降溫至1060℃～1100℃；步驟4，將降溫至1060℃～1100℃奧氏體耐熱鋼水冷至室溫。優(yōu)選的，包括如下步驟，步驟1，將奧氏體耐熱鋼加熱至1230℃；步驟2，將加熱后的奧氏體耐熱鋼在1230℃下保溫20min；步驟3，將保溫后的奧氏體耐熱鋼以4℃/min的冷卻速率降溫至1080℃；步驟4，將降溫至1080℃奧氏體耐熱鋼水冷至室溫。優(yōu)選的，所述的奧氏體耐熱鋼的成分按重量百分比計(jì)包括，ni17-23％，cr24-26％，mn≤2.0％，nb0.2-0.6％，si≤0.75％，n0.15-0.35％，c0.04-0.10％，b0.002％，zr0.002％，p≤0.03％，co4.6％，v0.1％，ce0.005％，余量為fe。優(yōu)選的，所述的奧氏體耐熱鋼的成分按重量百分比計(jì)包括，ni19％，cr24％，nb0.6％，si0.3％，n0.18％，c0.10％，b0.002％，zr0.002％，p0.02％，co4.6％，v0.1％，ce0.005％，余量為fe。優(yōu)選的，步驟1中，奧氏體耐熱鋼的加熱速率為100-120℃/s。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)明通過(guò)控制熱處理溫度、保溫時(shí)間和降溫速率，達(dá)到析出第二相和產(chǎn)生一定量鋸齒晶界的目的，實(shí)現(xiàn)性能的優(yōu)化。奧氏體耐熱鋼在均勻化處理后，微觀組織由奧氏體基體和粗大的mx相組成，1220℃～1240℃下保溫15min～25min可使這些粗大的相盡可能多的回溶到基體中，使合金元素更加均勻，為下一步析出相析出強(qiáng)化做準(zhǔn)備。利用步驟1和步驟2熱處理工藝可將奧氏體耐熱鋼晶粒度控制在4～7級(jí)，滿足gb5310-2008要求，使其在高溫下具有良好的力學(xué)性能。步驟1和步驟2熱處理后的控制冷卻處理使晶內(nèi)析出z相、nb(c、n)相與m23c6相和產(chǎn)生鋸齒型晶界的關(guān)鍵。由于控制冷卻工藝的加入，使得晶內(nèi)析出z相、nb(c、n)相與m23c6相，第二相的析出可降低晶內(nèi)cr元素在金屬服役期間向晶界擴(kuò)散的速率，減緩了因晶界m23c6相長(zhǎng)大并連續(xù)導(dǎo)致的晶界弱化，從而達(dá)到優(yōu)化合金力學(xué)性能的目的。同時(shí)，鋸齒型晶界的產(chǎn)生也可有效地提高合金的高溫性能，減緩時(shí)效后合金沖擊韌性的降幅。本發(fā)明采用的熱處理工藝方法具有工藝步驟簡(jiǎn)單、易于操作和成本低等特點(diǎn)。經(jīng)本發(fā)明處理后的奧氏體耐熱鋼在650℃下時(shí)效200h后的沖擊韌性降幅有了明顯改善，時(shí)效500h后的沖擊韌性也有所提高，是提高奧氏體耐熱鋼時(shí)效后室溫沖擊韌性性能的有效手段。附圖說(shuō)明圖1位標(biāo)準(zhǔn)熱處理工藝圖。圖2為本發(fā)明所述方法的熱處理工藝圖。圖3為經(jīng)本發(fā)明實(shí)例1所述方法處理后奧氏體耐熱鋼微觀組織示意圖。圖4為經(jīng)本發(fā)明實(shí)例1所述方法處理后奧氏體耐熱鋼鋸齒晶界示意圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，所述是對(duì)本發(fā)明的解釋而不是限定。本發(fā)明通過(guò)控制熱處理溫度、保溫時(shí)間和冷卻速率，達(dá)到析出z相、細(xì)小的nb(c、n)相和m23c6相的目的，同時(shí)配合產(chǎn)生一定量的鋸齒型晶界來(lái)提高奧氏體耐熱鋼時(shí)效后的室溫沖擊韌性。本發(fā)明一種提高時(shí)效后奧氏體耐熱鋼室溫沖擊韌性的熱處理方法，其奧氏體耐熱鋼的化學(xué)成分見(jiàn)表1。表1本發(fā)明所述奧氏體耐熱鋼的化學(xué)成份(質(zhì)量％，余量為fe)。本發(fā)明所述方法包括如下步驟，步驟1，將奧氏體耐熱鋼加熱至1220℃～1240℃；步驟2，將步驟1的奧氏體耐熱鋼在1220℃～1240℃下保溫15min～25min；步驟3，將步驟2的奧氏體耐熱鋼以3℃/min～5℃/min的冷卻速率降溫至1060℃～1100℃；步驟4，將步驟3的奧氏體耐熱鋼水冷至室溫。具體的，如下實(shí)例所述。實(shí)例1本發(fā)明一種提高奧氏體耐熱鋼時(shí)效后室溫沖擊韌性的熱處理方法，包括如下步驟，步驟1，將奧氏體耐熱鋼加熱至1230℃；步驟2，將加熱后的奧氏體耐熱鋼在1230℃下保溫20min；步驟3，將保溫后的奧氏體耐熱鋼以4℃/min的冷卻速率降溫至1080℃；步驟4，將降溫至1080℃奧氏體耐熱鋼水冷至室溫。其中，本實(shí)例中奧氏體耐熱鋼的化學(xué)成分見(jiàn)表2。表2實(shí)例1中奧氏體耐熱鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量％，余量為fe)。nicrnbsincbzrpcovce19240.60.30.180.10.0020.0020.024.60.10.005本實(shí)例中樣品為5mm×10mm×55mm的標(biāo)準(zhǔn)夏比“v”型缺口沖擊試樣。分別利用如圖1的標(biāo)準(zhǔn)固溶處理和如圖2的本發(fā)明工藝處理后，在650℃下時(shí)效0小時(shí)、200小時(shí)和500小時(shí)。兩種工藝均實(shí)現(xiàn)均勻化成分和控制晶粒度的目的，兩者的熱處理工藝圖見(jiàn)圖1和圖2。對(duì)時(shí)效后的樣品進(jìn)行切割、研磨、腐蝕，并在掃描電子顯微鏡(sem)下觀察，利用透射電子顯微鏡(tem)進(jìn)行相分析，發(fā)現(xiàn)經(jīng)本發(fā)明工藝處理的合金較標(biāo)準(zhǔn)固溶處理后的合金來(lái)看，晶內(nèi)有z相、nb(c、n)相與m23c6相析出，如圖3所示，通過(guò)相分析，其中包括z相、細(xì)小的nb(c、n)相和m23c6相在晶內(nèi)彌散析出；并且部分晶界出現(xiàn)了鋸齒化的現(xiàn)象，如圖4所示，能夠看到有一定數(shù)量的鋸齒型晶界產(chǎn)生。晶內(nèi)z相與m23c6相中cr含量較高，由于析出相中cr的穩(wěn)定性強(qiáng)于固溶狀態(tài)的cr，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期時(shí)效后，經(jīng)本發(fā)明工藝處理后的耐熱鋼中，向晶界擴(kuò)散的cr元素?cái)?shù)量減少，減弱晶界處形成m23c6相的動(dòng)力學(xué)條件，可有效地抑制晶界m23c6相在時(shí)效過(guò)程中的連續(xù)和長(zhǎng)大，從而達(dá)到提高時(shí)效后室溫沖擊韌性的目的。鋸齒型晶界的產(chǎn)生在長(zhǎng)期時(shí)效后可以提高晶界的強(qiáng)度，可以配合第二相的強(qiáng)化作用對(duì)合金時(shí)效后室溫沖擊韌性起到優(yōu)化效果。利用標(biāo)準(zhǔn)固溶處理和本發(fā)明提出的熱處理方法對(duì)實(shí)驗(yàn)用耐熱鋼沖擊試樣處理后，在650℃下分別時(shí)效0小時(shí)、200小時(shí)和500小時(shí)后的沖擊性能如表3所示。表3實(shí)例1中合金在650℃下熱暴露后的沖擊韌性。綜合上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，利用本發(fā)明提出提高奧氏體耐熱鋼時(shí)效后室溫沖擊韌性的熱處理方法在有效減小一次mx相的尺寸的同時(shí)，可析出z相、nb(c、n)相與m23c6相，并配合產(chǎn)生鋸齒型晶界。通過(guò)對(duì)mx相的尺寸的控制，z相、nb(c、n)相與m23c6相的析出和晶界形狀的調(diào)控，可有效減緩時(shí)效0至200小時(shí)后室溫沖擊韌性的降幅，提高時(shí)效500小時(shí)后的室溫沖擊韌性。實(shí)例2本發(fā)明一種提高奧氏體耐熱鋼時(shí)效后室溫沖擊韌性的熱處理方法，包括如下步驟，步驟1，將奧氏體耐熱鋼加熱至1220℃；步驟2，將加熱后的奧氏體耐熱鋼在1220℃下保溫25min；步驟3，將保溫后的奧氏體耐熱鋼以5℃/min的冷卻速率降溫至1100℃；步驟4，將降溫至1100℃奧氏體耐熱鋼水冷至室溫。其中，本實(shí)例中奧氏體耐熱鋼的化學(xué)成分見(jiàn)表2。表2實(shí)例1中奧氏體耐熱鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量％，余量為fe)。nicrmnnbsincbzrpcovce17252.00.60.750.150.040.0020.0020.034.60.10.005實(shí)例3本發(fā)明一種提高奧氏體耐熱鋼時(shí)效后室溫沖擊韌性的熱處理方法，包括如下步驟，步驟1，將奧氏體耐熱鋼加熱至1240℃；步驟2，將加熱后的奧氏體耐熱鋼在1240℃下保溫15min；步驟3，將保溫后的奧氏體耐熱鋼以3℃/min的冷卻速率降溫至1060℃；步驟4，將降溫至1060℃奧氏體耐熱鋼水冷至室溫。其中，本實(shí)例中奧氏體耐熱鋼的化學(xué)成分見(jiàn)表2。表2實(shí)例1中奧氏體耐熱鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量％，余量為fe)。nicrmnnbsincbzrpcovce23261.00.20.10.350.070.0020.0020.014.60.10.005當(dāng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