專利名稱：：高鉻鐵素體耐熱鋼微變形馬氏體板條組織細(xì)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于高絡(luò)鐵素體耐熱鋼生產(chǎn)
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及一種高鉻鐵素體耐熱鋼微變形馬氏體板條組織細(xì)化方法。
背景技術(shù)：
：耐熱鋼的發(fā)展與能源、動(dòng)力和機(jī)械工業(yè)的進(jìn)步緊密相關(guān)。在火力發(fā)電、核能、宇航、航空、石油和化工等領(lǐng)域中，耐熱鋼性能的優(yōu)劣是成功與否的關(guān)鍵。近年來為解決日益突出的能源短缺及環(huán)境污染問題，高效率發(fā)電巳成為熱門話題。為提高熱效率，世界各國(guó)火力發(fā)電機(jī)組參數(shù)正向超(超)臨界參數(shù)發(fā)展，改善熱效率主要是熱動(dòng)力問題，電廠主要通過提高工作蒸汽溫度來提高熱效率。如日本、美國(guó)等正著手對(duì)參數(shù)為34.5Mpa、620~650'C的機(jī)組進(jìn)行全面的研究，力求使熱效率提高10%以上，這樣發(fā)電單機(jī)每年少排放C02相當(dāng)于26噸以上的發(fā)電用煤。由此可見，耐熱鋼的發(fā)展對(duì)我國(guó)正在實(shí)施的節(jié)能減排重大舉措的實(shí)現(xiàn)具有相當(dāng)重要的意義。蒸汽溫度的提高對(duì)鍋爐用鋼的使用性能提出了更高要求。鍋爐管中的耐熱鋼在高溫、高壓和蒸汽腐蝕中長(zhǎng)期工作，鋼材的組織和性能將會(huì)發(fā)生變化，使金屬高溫性能明顯惡化，從而影響設(shè)備運(yùn)行的安全性。這一切要求鍋爐管用耐熱鋼具有如下優(yōu)良的性能匹配①高的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度，良好的沖擊韌性；②優(yōu)異的高溫持久性能、抗蠕變性能，良好的高溫組織穩(wěn)定性；③良好的高溫抗氧化和抗蒸汽腐蝕性能；優(yōu)良的冷熱加工性能、焊接性能及彎曲性能；低熱膨脹系數(shù)和良好導(dǎo)熱性；良好的經(jīng)濟(jì)性能。為進(jìn)一步提高耐熱鋼的蒸汽使用溫度，以期提高鍋爐管熱交換效率，目前各國(guó)都在積極地開展適宜于在高蒸汽參數(shù)下使用的新型耐熱鋼材的研究與開發(fā)。美國(guó)、歐洲和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛牽頭研發(fā)認(rèn)證，一方面建立超(超)臨界發(fā)電機(jī)組的耐熱鋼體系，另一方面完善現(xiàn)有的耐熱鋼體系并研制開發(fā)更先進(jìn)的耐熱鋼。國(guó)內(nèi)外鍋爐用鋼分鐵素體和奧氏體耐熱鋼兩類。與奧氏體鋼相比，鐵素體耐熱鋼因其優(yōu)異的綜合性能已成為鍋爐管用鋼的首選鋼種。鐵素體鋼的發(fā)展可分為兩條主線一是縱向通過逐漸提高主要耐熱元素Cr的含量(從2.25Cr到12Cr);二是橫向通過添加V、Nb、Mo、W和Co等。從簡(jiǎn)單的C-Mn鋼開始到91r鐵素體耐熱鋼，通過采用合金化和組織控制，相應(yīng)的高溫蠕變強(qiáng)度提高了近10倍，其中9~12%Cr高鉻鐵素體耐熱系鋼最高。因此，發(fā)達(dá)國(guó)家已將研發(fā)重點(diǎn)轉(zhuǎn)向了9~12%Cr系高絡(luò)鐵素體耐熱鋼。為提高鐵素體耐熱鋼的使用溫度和許用應(yīng)力，亟需對(duì)高鉻鐵素體耐熱鋼組織形成及成形工藝進(jìn)行系統(tǒng)研究，探索新的有效強(qiáng)化途徑。從組織來說，傳統(tǒng)熱處理后，高鉻鐵素體耐熱鋼組織由馬氏體板條和析出的碳氮化物組成(見圖la和圖lb)，其中原奧氏體晶粒被分割成幾個(gè)由近似平行的馬氏體束組成的胞，沉淀物主要由短棒狀的M23C6型碳化物與彌散分布于板條內(nèi)的粒狀MX型碳氮化物組成。正是由于這種馬氏體板條的細(xì)晶強(qiáng)化和析出的碳氮化物的沉淀強(qiáng)化賦予了91r系高鉻鐵素體耐熱鋼較好的力學(xué)性能。因此，在不改變成分組成的情況下，從成形工藝過程尋找有效地細(xì)化高鉻鐵素體耐熱鋼馬氏體板條組織的方法，從而進(jìn)一步提高其高溫性能，具有很重要的實(shí)際意義。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就是采用高溫區(qū)微變形的方法來細(xì)化9~12%Cr系高鉻鐵素體耐熱鋼的馬氏體板條組織，從而提高耐熱鋼的綜合性能，進(jìn)而推進(jìn)其在實(shí)際中的應(yīng)用。本發(fā)明的高鉻鐵素體耐熱鋼微變形馬氏體板條組織細(xì)化方法，技術(shù)方案如下將高鉻鐵素體耐熱鋼經(jīng)熱軋為管材或者板材，為確保能達(dá)到要求的加熱和冷卻速率，一般做成壁厚不大于6厘米的試樣；其特征是將試樣放入高頻感應(yīng)熱處理裝置中進(jìn)行處理設(shè)定程序?yàn)樯郎厮俾蕿?080K/min，從室溫升至12231323K后，保溫515分鐘，再以相同的冷卻速率降至10231073K,然后進(jìn)行微小變形，所加壓應(yīng)力大小為1040Mpa,加載310s后立即卸載，然后以相同的速率降至室溫。實(shí)驗(yàn)用9~12%&系高鉻鐵素體耐熱鋼的化學(xué)成分范圍見表1。所用原料純度均高于99%，按既定成分配比后在電弧爐或感應(yīng)爐中熔煉并進(jìn)行真空精煉和爐外精煉兩個(gè)工藝過程，然后經(jīng)熱軋為管材或者板材(壁厚一般應(yīng)不大于6厘米，以確保正火后為板條馬氏體組織)。表l高鉻鐵素體耐熱鋼的化學(xué)成分范圍<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>本發(fā)明采用的細(xì)化高鉻鐵素體耐熱鋼馬氏體板條組織的方法，不同于傳統(tǒng)的加大應(yīng)力加工變形的馬氏體板條細(xì)化組織方法。采用的加載應(yīng)力小，加載時(shí)間短，所用的能耗比傳統(tǒng)方法大大減少，并且高鉻鐵素體耐熱鋼的性能有很大的改善，是一種非常有潛力的實(shí)用生產(chǎn)方法(如通過高鉻鐵素體耐熱鋼管生產(chǎn)中的精整工藝來實(shí)現(xiàn))。從圖2和圖3的對(duì)比金相照片可以看到，.與未進(jìn)行微變形處理試樣(見圖2)相比，采用本發(fā)明方法處理后的高絡(luò)鐵素體耐熱鋼試樣(見圖3)馬氏體板條組織細(xì)化顯著(其中馬氏體板條平均間距從微變形前的15.0微米細(xì)化為1048K微變形后的4.l微米)，在選定溫度(1023K、1030K、1048K、1058K和1073K)進(jìn)行20Mpa微小壓應(yīng)力變形后高鉻鐵素體耐熱鋼試樣組織中平均馬氏體板條間距均有明顯細(xì)化，其中細(xì)化幅度較小的是1073K，所對(duì)應(yīng)的平均馬氏體板條間距為9.3微米，而細(xì)化效果最為顯著的是1048K(4.1微米)。對(duì)同成分的高鉻鐵素體耐熱鋼來說，采用微變形細(xì)化馬氏體板條組織后其相應(yīng)的高溫性能明顯提高。圖5給出了在1023K、1030K、1048K、1058K和1073K進(jìn)行微小壓應(yīng)力變形(20Mpa)后高鉻鐵素體耐熱鋼所對(duì)應(yīng)的200°C屈服強(qiáng)度大小。與沒有采用微變形細(xì)化馬氏體板條組織試樣相比(對(duì)應(yīng)的屈服強(qiáng)度為512Mpa)，經(jīng)微變形處理后的高鉻鐵素體耐熱鋼馬氏體板條組織越細(xì)小，其相應(yīng)的屈服強(qiáng)度越高。1048K微變形高鉻鐵素體耐熱鋼的屈服強(qiáng)度最高(620Mpa),1073K微變形高鉻鐵素體耐熱鋼的屈服強(qiáng)度也有較大幅度的提高(535Mpa)，這表明該方法在生產(chǎn)過程中的通用性和重要性。圖la:高鉻鐵素體耐熱鋼典型馬氏體板條組織示意圖lb:高鉻鐵素體耐熱鋼典型碳氮化物分布示意圖2:微變形處理前高鉻鐵素體耐熱鋼典型金相組織；圖3:微變形處理后高鉻鐵素體耐熱鋼典型金相組織；圖4:不同溫度微變形高鉻鐵素體耐熱鋼馬氏體板條平均間距大??；圖5:不同溫度微變形高鉻鐵素體耐熱鋼200°C屈服強(qiáng)度大小。具體實(shí)施例方式本發(fā)明的具體技術(shù)方案實(shí)施例如下實(shí)施例l:對(duì)應(yīng)高鉻鐵素體耐熱鋼實(shí)驗(yàn)用高鉻鐵素體耐熱鋼的化學(xué)成分范圍見表l。所用原料純度均高于99%，按既定成分配比后在電弧爐或感應(yīng)爐中熔煉并進(jìn)行真空精煉和爐外精煉兩個(gè)工藝過程，然后經(jīng)熱軋為管材或者板材。取熔配后的相同成分的試樣，用線切割從鋼管上切取圓柱形試樣，線膨脹試樣尺寸為直徑5mm、長(zhǎng)10mm;清洗干燥后放入高頻感應(yīng)熱處理裝置中進(jìn)行處理設(shè)定程序?yàn)樯郎厮俾蕿?080K/min，從室溫升至12231323K后，保溫515分鐘，再以相同的冷卻速率降至10231073K，然后進(jìn)行微小壓應(yīng)力變形，所加應(yīng)力大小為1040Mpa，加載310s后立即卸載，然后以相同的速率降至室溫。實(shí)施例2:對(duì)應(yīng)T91高鉻鐵素體耐熱鋼(1)試樣制備所用原料純度均高于9鄉(xiāng)，按表2既定成分配比(對(duì)應(yīng)T91高鉻鐵素體耐熱鋼)后在電弧爐或感應(yīng)爐中熔煉并進(jìn)行真空精煉和爐外精煉兩個(gè)工藝過程，然后經(jīng)熱軋為管材或者板材(壁厚1.5厘米)。表2T91高鉻鐵素體耐熱鋼的化學(xué)成分范圍<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>(2)微變形處理將試樣放入高頻感應(yīng)熱處理裝置中進(jìn)行處理設(shè)定程序?yàn)樯郎厮俾蕿?0K/min，從室溫升至1273K后，保溫5分鐘，再以相同的冷卻速率降至1030K，然后進(jìn)行微小壓應(yīng)力變形，所加應(yīng)力大小為30Mpa,加載10s后立即卸載，然后以相同的速率降至室溫。經(jīng)上述微變形處理后，該T91高鉻鐵素體耐熱鋼試樣組織中的平均馬氏體板條間距從15.0微米細(xì)化為6.2微米，所對(duì)應(yīng)的200°C屈服強(qiáng)度從512Mpa提高到562Mpa。實(shí)施例3:對(duì)應(yīng)T92高鉻鐵素體耐熱鋼(l)試樣制備所用原料純度均高于99%，按表3既定成分配比(對(duì)應(yīng)T92高鉻鐵素體耐熱鋼)后在電弧爐或感應(yīng)爐中熔煉并進(jìn)行真空精煉和爐外精煉兩個(gè)工藝過程，然后經(jīng)熱軋為管材或者板材(壁厚1.5厘米)。.表3T92高鉻鐵素體耐熱鋼的化學(xué)成分范圍<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>(2)微變形處理將試樣放入高頻感應(yīng)熱處理裝置中進(jìn)行處理設(shè)定程序?yàn)樯郎厮俾蕿?0K/min，從室溫升至1273K后，保溫5分鐘，再以相同的冷卻速率降至1073K，然后進(jìn)行微小壓應(yīng)力變形，所加應(yīng)力大小為30Mpa，加載10s后立即卸載，然后以相同的速率降至室溫。經(jīng)上述微變形處理后，該T92高鉻鐵素體耐熱鋼試樣組織中的平均馬氏體板條間距從15.3微米細(xì)化為7.2微米，所對(duì)應(yīng)的200°C屈服強(qiáng)度從518Mpa提高到569Mpa。實(shí)施例4:對(duì)應(yīng)T92鐵素體耐熱鋼(l)試樣制備所用原料純度均高于99%，按表3既定成分配比(對(duì)應(yīng)T92鐵素體耐熱鋼)后在電弧爐或感應(yīng)爐中熔煉并進(jìn)行真空精煉和爐外精煉兩個(gè)工藝過程，然后經(jīng)熱軋為管材或者板材(壁厚1.5厘米)。(2)微變形處理將試樣放入高頻感應(yīng)熱處理裝置中進(jìn)行處理設(shè)定程序?yàn)樯郎厮俾蕿?0K/min，從室溫升至1273K后，保溫10分鐘，再以相同的冷卻速率降至1048K，然后進(jìn)行微小壓應(yīng)力變形，所加應(yīng)力大小為35Mpa,加載8s后立即卸載，然后以相同的速率降至室溫。經(jīng)上述微變形處理后，該T92高鉻鐵素體耐熱鋼試樣組織中的平均馬氏體板條間距從15.3微米細(xì)化為5.6微米，所對(duì)應(yīng)的200°C屈服強(qiáng)度從518Mpa提高到587Mpa。本發(fā)明提出的高鉻鐵素體耐熱鋼微變形馬氏體板條組織細(xì)化方法，已通過實(shí)施例進(jìn)行了描述，相關(guān)技術(shù)人員明顯能在不脫離本發(fā)明的內(nèi)容、精神和范圍內(nèi)對(duì)本文所述的制作方法進(jìn)行改動(dòng)或適當(dāng)變更與組合，來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)。特別需要指出的是，所有相類似的替換和改動(dòng)對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的，他們都被視為包括在本發(fā)明精神、范圍和內(nèi)容中。權(quán)利要求1.一種高鉻鐵素體耐熱鋼微變形馬氏體板條組織細(xì)化方法，將高鉻鐵素體耐熱鋼經(jīng)熱軋為管材或者板材，為確保能達(dá)到要求的加熱和冷卻速度，一般做成壁厚不大于6厘米的試樣；其特征是將試樣放入高頻感應(yīng)熱處理裝置中進(jìn)行處理設(shè)定程序?yàn)樯郎厮俾蕿?0～80K/min，從室溫升至1223～1323K后，保溫5～15分鐘，再以相同的冷卻速率降至1023～1073K，然后進(jìn)行微小變形，所加壓應(yīng)力大小為10～40Mpa，加載3～10s后立即卸載，然后以相同的速率降至室溫。全文摘要本發(fā)明涉及一種高鉻鐵素體耐熱鋼微變形馬氏體板條組織細(xì)化方法。將高鉻鐵素體耐熱鋼經(jīng)熱軋為管材或者板材，為確保達(dá)到要求的加熱和冷卻速率，一般做成壁厚不大于6厘米的試樣；其特征是將試樣放入高頻感應(yīng)熱處理裝置中進(jìn)行處理設(shè)定程序?yàn)樯郎厮俾蕿?0～80K/min，從室溫升至1223～1323K后，保溫5～15分鐘，再以相同的冷卻速率降至1023～1073K，然后進(jìn)行微小壓應(yīng)力變形，所加應(yīng)力大小為10～40MPa，加載3～10s后立即卸載，然后以相同的速率降至室溫。本發(fā)明采用的細(xì)化合金晶粒的方法，不同于傳統(tǒng)的加大應(yīng)力加工變形的馬氏體板條細(xì)化組織方法。采用的加載應(yīng)力小，加載時(shí)間短，所用的能耗比傳統(tǒng)方法大大減少，并且合金的高溫性能有很大的改善，是一種非常有潛力的實(shí)用生產(chǎn)方法。文檔編號(hào)C21D8/10GK101509058SQ200910068168公開日2009年8月19日申請(qǐng)日期2009年3月18日優(yōu)先權(quán)日2009年3月18日發(fā)明者嚴(yán)澤生,劉晨曦,劉永長(zhǎng),寧保群,高志明申請(qǐng)人:天津大學(xué)