T92鋼亞穩(wěn)兩相區(qū)二次熱處理細化馬氏體板條的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及了一種T92鋼亞穩(wěn)兩相區(qū)二次熱處理細化馬氏體板條的方法；將試樣以4～20℃/s的速度從奧氏體化溫度冷卻至溫度T1，溫度T1在馬氏體相變開始溫度與結(jié)束溫度之間；保溫5-30 min，以10～50℃/s速度加熱至T2溫度，并在T2溫度保溫5-30 min，T2溫度略高于馬氏體相變開始溫度；最后以4～50℃/s的冷卻速度冷卻至室溫。通過在亞穩(wěn)兩相區(qū)進行二次退火處理顯著細化馬氏體板條，通過細晶強化機制提高鋼的力學(xué)性能；細化板條馬氏體促進細小彌散的M23C6和MX析出，由于第一次相變產(chǎn)生的馬氏體組織含碳量降低，減小服役過程中M23C6顆粒尺寸，通過彌散強化機制提高了鋼的力學(xué)性能。
【專利說明】T92鋼亞穩(wěn)兩相區(qū)二次熱處理細化馬氏體板條的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高鉻鐵素體耐熱鋼生產(chǎn)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種在T92鐵素耐熱鋼中通過在亞穩(wěn)兩相區(qū)內(nèi)進行二次熱處理來獲得細小馬氏體板條的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]能源是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，人類社會的發(fā)展離不開新能源的出現(xiàn)和能源技術(shù)的發(fā)展和使用，能源發(fā)展與環(huán)境之間的矛盾已成為全世界全人類共同關(guān)注的問題。目前，火力發(fā)電是全球尤其是我國的最主要的能源供應(yīng)方式。為了解決能源與環(huán)境的矛盾，節(jié)約煤炭的消耗，減少環(huán)境污染，提高發(fā)電機組的效率成為了我國乃至全球的緊迫任務(wù)。提高火力發(fā)電機組參數(shù)，是提高機組熱效率和節(jié)能環(huán)保的主要途徑，鍋爐參數(shù)從超臨界轉(zhuǎn)變?yōu)槌R界，電廠的熱效率可以提高10%以上。因此，超超臨界機組的發(fā)展已成為全球各國火力發(fā)電工業(yè)的重要任務(wù)。隨著蒸汽壓力和溫度的不斷提高，對電廠機組鍋爐管道用鋼的性能要求也越來高，傳統(tǒng)的低合金鐵素體耐熱鋼用于亞臨界機組已經(jīng)達到其使用極限，因此新型耐熱鋼的發(fā)展成為建設(shè)超臨界/超超臨界機組的關(guān)鍵技術(shù)之一。9-12% Cr鐵素體耐熱鋼是繼傳統(tǒng)鐵素體耐熱鋼之后，開發(fā)出來的新型鋼種，與后者相比其具有更好的高溫力學(xué)性能、抗腐蝕性和焊接性能。9-12% Cr鐵素體耐熱鋼廣泛應(yīng)用于電廠鍋爐管仲，此類鋼種的出現(xiàn)，推動了超臨界和超超臨界發(fā)電機組的迅速發(fā)展。
[0003]9-12 % Cr鐵素體耐熱鋼的室溫組織是板條馬氏體組織，板條馬氏體組織也是9-12% Cr鐵素體耐熱鋼的服役組織，因此，馬氏體組織的性能直接影響到鋼的力學(xué)性能，從而關(guān)系到電廠鍋爐的安全性。鐵素體耐熱鋼的常規(guī)熱處理是正火與回火，通過正火與回火得到組織均勻的回火板條馬氏體組織。這種常規(guī)的熱處理工藝，不會提高鐵素體耐熱鋼的力學(xué)性能。隨著超超臨界電廠的發(fā)展，為了獲得更好的熱效率，工作溫度和壓力在不斷提高，通過常規(guī)熱處理的9-12% Cr鐵素體耐熱鋼越來越難以適用，這就需要開發(fā)新的熱處理工藝。通過探索先進的熱處理工藝來提高材料的力學(xué)性能是耗能最小、最環(huán)保也是最經(jīng)濟的途徑。
[0004]T92是9-12% Cr鐵素體耐熱鋼的代表性鋼種，它是在T91鋼的基礎(chǔ)上對其成分進行優(yōu)化和調(diào)整，開發(fā)出來的新型鐵素體耐熱鋼。通過添加1.5?2.0 %的W形成W-Mo復(fù)合固溶強化，減少Mo的含量至0.3?0.6%以避免組織中δ -鐵素體的形成，調(diào)整了 V和Nb含量以形成碳氮化物彌散沉淀強化，并加入了 0.001?0.006%的B組元來形成晶界強化。與Τ91鋼相比，Τ92鋼具有同樣優(yōu)良的導(dǎo)熱性、韌性、加工工藝性和焊接性能，但在600°C以上使用時，T92鋼的蠕變性能和持久強度遠高于T91鋼，因此T92鋼是替代T91鋼的最理想材料。
[0005]近年來，出現(xiàn)一種新型淬火和配分(Q&P)熱處理工藝，主要應(yīng)用于TRIP鋼。其目的是為了在室溫組織中產(chǎn)生一定量的殘余奧氏體，當(dāng)TRIP鋼受到載荷作用發(fā)生變形時，會使鋼中的殘余奧氏體發(fā)生應(yīng)變誘發(fā)馬氏體相變，使得鋼的強度，尤其是塑性顯著提高。對于9-12% Cr鐵素體耐熱鋼，由于其淬透性很好，即使采用Q&P熱處理工藝也很難在室溫下形成殘留奧氏體，但可以通過改進Q&P熱處理工藝以細化其板條馬氏體組織，眾所周知，細化馬氏體板條能夠顯著提高鋼的力學(xué)性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供了一種可適用于T92鐵素體耐熱鋼的新型熱處理工藝，通過在亞穩(wěn)兩相區(qū)進行二次退火處理，可以獲得細小的板條馬氏體，有利于提高鐵素體耐熱鋼的力學(xué)性能。
[0007]具體技術(shù)方案如下:
[0008]在T92鐵素體耐熱鋼中獲得細小板條馬氏體的熱處理工藝，步驟如下(其流程圖見圖1):
[0009]I)以4?20°C /s的冷卻速度，將試樣從奧氏體化溫度冷卻至馬氏體相變開始溫度與結(jié)束溫度之間的任意溫度T1，并在該溫度保溫5-30min ；
[0010]2)將保溫后的試樣以10?50°C /s的加熱速度加熱至高于馬氏體相變開始溫度的T2,并在此溫度T2保溫5?30min ；
[0011]3)將保溫后的試樣以4?50°C /s的冷卻速度，將試樣冷卻至室溫。
[0012]所述的步驟2)的高于馬氏體相變開始溫度的T2為:馬氏體相變開始溫度+50C^ T2彡馬氏體相變開始溫度+100°C。
[0013]本發(fā)明中，將T92鐵素體耐熱鋼從奧氏體化溫度冷卻至Ms與Mf之間的某一溫度，在此過程中，T92鋼發(fā)生第一次馬氏體相變，由于溫度未達Mf，因此馬氏體相變未發(fā)生完全，會殘留一部分未轉(zhuǎn)變奧氏體；當(dāng)在T1或T2溫度保溫時，鋼中的碳原子發(fā)生從馬氏體向未轉(zhuǎn)變奧氏體的再分配，使得未轉(zhuǎn)變奧氏體的碳含量增加，穩(wěn)定性提高；當(dāng)從保溫溫度冷卻至室溫的過程中，未轉(zhuǎn)變奧氏體發(fā)生第二次馬氏體相變，由于奧氏體含碳量高，較穩(wěn)定，因此產(chǎn)生細小的板條馬氏體。
[0014]本發(fā)明優(yōu)點:
[0015]1.通過在亞穩(wěn)兩相區(qū)進行二次退火處理顯著細化馬氏體板條，通過細晶強化機制提聞鋼的力學(xué)性能；
[0016]2.細化的板條馬氏體可促進細小彌散的M23C6和MX析出，且由于第一次相變產(chǎn)生的馬氏體組織含碳量降低，可以減小服役過程中M23C6顆粒尺寸，因此也通過彌散強化機制提聞了鋼的力學(xué)性能；
[0017]3.操作簡單，耗能少，成本低；

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1所示為本發(fā)明熱處理工藝的流程示意圖；
[0019]圖2為本發(fā)明實施例1中T92鐵素體耐熱鋼熱處理過程中的線膨脹曲線；
[0020]圖3為本發(fā)明實施例1中T92鐵素體耐熱鋼熱處理后的透射電鏡照片，其中(a)是在330°C分別保溫15min，(b)是在330°C分別保溫25min ；
[0021]圖4為本發(fā)明實施例2中T92鐵素體耐熱鋼熱處理過程中的線膨脹曲線；
[0022]圖5為本發(fā)明實施例2中T92鐵素體耐熱鋼熱處理后的透射電鏡照片，其中(a)是在500°C分別保溫15min，(b)是在500°C分別保溫25min ；
[0023]圖6為本發(fā)明實施例2中T92鐵素體耐熱鋼熱處理后得到的超細板條馬氏體的透射電鏡照片，其中(a)是明場像，(b)是暗場像與選區(qū)電子衍射斑點。

【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細地描述。
[0025]本發(fā)明涉及的T92鐵素體耐熱鋼廣泛應(yīng)用于電廠高溫過熱器、再熱器、主蒸汽管以及水冷壁管等。T92鐵素體耐熱鋼按照質(zhì)量百分比具有以下化學(xué)成分:C:0.09% ；Cr:8.95% ；ff:1.77% ；Mo:0.33% ；S1:0.42% ；Mn:0.40% ；N1:0.20% ；Cu:0.03% ；V:0.18% ；Nb:0.06% ；B:0.0013% ;其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。在此鋼中獲得細小板條馬氏體的熱處理工藝的具體步驟是:
[0026]將試樣(如以10°C /s的加熱速度，從室溫加熱至900-1200°C (奧氏體化溫度，AT)，保溫15-30min以完成奧氏體化)得到組織均勻的全奧氏體組織；以4?20°C /s的冷卻速度，將試樣從奧氏體化溫度冷卻至某一溫度T1，溫度T1在馬氏體相變開始溫度(Ms)與結(jié)束溫度(Mf)之間；然后將試樣在!\溫度保溫5-30min，然后以10°C?50°C /s的加熱速度加熱至T2溫度，并在T2溫度保溫5-30min，其中T2溫度略高于馬氏體相變開始溫度(Ms);最后以4?50°C /s的冷卻速度，將試樣冷卻至室溫。T2為:馬氏體相變開始溫度+5°C ^ T2 ^馬氏體相變開始溫度+100°C。
[0027]以下是本發(fā)明的具體實施例，但本發(fā)明不限于下述實施例。
[0028]實施例1:
[0029]本實施例用T92鐵素體耐熱鋼的馬氏體相變開始溫度Ms為400°C，馬氏體相變結(jié)束溫MfS 220°C。從T92鋼管中截取試樣，并進行如下亞穩(wěn)兩相區(qū)熱處理工藝:將試樣從室溫加熱完全奧氏體化；然后開始以4°C /s的冷卻速度，從奧氏體化溫度冷卻至330°C ;將試樣在330°C分別保溫15min和25min ;然后以50°C /s的加熱速率加熱至405°C，保溫5min以后以4°C /s的冷卻速度，將兩個試樣降至室溫。
[0030]圖2所示為本實施例中T92鐵素體耐熱鋼整個冷卻過程中的線膨脹曲線，從中可以看到發(fā)生了兩次馬氏體相變。第一次馬氏體相變的開始溫度等于Ms，在330°C保溫過程中，由于未轉(zhuǎn)變奧氏體碳含量增加，穩(wěn)定性提高，導(dǎo)致第二次馬氏體相變的開始溫度低于保溫溫度。圖3所示為熱處理后T92鋼的室溫透射電鏡照片，其中(a)為保溫15min的試樣，(b)為保溫25min的試樣。從圖中可以看到兩個試樣中均產(chǎn)生了細小的板條馬氏體，板條寬度平均為0.19 μ m和0.18 μ m。
[0031]實施例2:
[0032]從T92鋼管中截取試樣，并進行如下亞穩(wěn)兩相區(qū)二次熱處理工藝:試樣從室溫加熱至奧氏體區(qū)；然后以4°C /s的冷卻速度，從奧氏體化溫度冷卻至330°C ;以10°C /s的加熱速度加熱至500°C;將試樣在500°C分別保溫15min和25min ;最后以4°C /s的冷卻速度，將兩個試樣從500°C降至室溫。
[0033]圖4所示為本實施例中T92鐵素體耐熱鋼整個冷卻過程中的線膨脹曲線，從中可以看到發(fā)生了兩次馬氏體相變。第一次馬氏體相變的開始溫度等于Ms，在500°C保溫過程中，由于未轉(zhuǎn)變奧氏體碳含量增加，穩(wěn)定性提高，導(dǎo)致第二次馬氏體相變的開始溫度低于保溫溫度，同時也低于實施例1中第二次馬氏體相變的開始溫溫度，這是由于保溫溫度越高，碳的再分配速率越快，導(dǎo)致未轉(zhuǎn)變奧氏體含碳量更高，更穩(wěn)定。圖5所示為熱處理后T92鋼的室溫透射電鏡照片，其中(a)為保溫15min的試樣，(b)為保溫25min的試樣。從圖中可以看到兩個試樣中均產(chǎn)生了細小的板條馬氏體,板條寬度約為0.16μπι和0.15 μ m，板條寬度比實施例1中的更小，這也是由于保溫溫度升高所導(dǎo)致的。同時在500°C保溫25min的試樣中發(fā)現(xiàn)了超細的板條馬氏體，其板條寬度小于50nm，如圖6(a)、(b)所示。
[0034]實施例3:
[0035]本實施例用T92鐵素體耐熱鋼的馬氏體相變開始溫度Ms為400°C，馬氏體相變結(jié)束溫MfS 220°C。從T92鋼管中截取試樣，并進行如下亞穩(wěn)兩相區(qū)熱處理工藝:將試樣從室溫加熱至奧氏體區(qū)；然后開始以20°C /s的冷卻速度，從奧氏體化溫度冷卻至330°C ;將試樣在330°C分別保溫15min和25min ;然后以30°C /s的加熱速率加熱至420°C，保溫20min以后以50°C /s的冷卻速度，將兩個試樣降至室溫。
[0036]經(jīng)上述亞穩(wěn)兩相區(qū)二次熱處理以后，兩個試樣中均產(chǎn)生了細小的板條馬氏體，板條寬度平均為0.17 μ m和0.14 μ m。
[0037]實施例4:
[0038]本實施例用T92鐵素體耐熱鋼的馬氏體相變開始溫度Ms為400°C，馬氏體相變結(jié)束溫Mf為220°C。從T92鋼管中截取試樣，并進行如下亞穩(wěn)兩相區(qū)熱處理工藝:將試樣從室溫加熱至奧氏體區(qū)；然后開始以ITC /s的冷卻速度，從奧氏體化溫度冷卻至330°C ;將試樣在330°C分別保溫20min ;然后以10°C /s的加熱速率加熱至440°C，保溫30min以后以400C /s的冷卻速度，將兩個試樣降至室溫。
[0039]經(jīng)上述亞穩(wěn)兩相區(qū)二次熱處理以后，T92鐵素體耐熱鋼試樣中板條馬氏體的平均寬度為0.17 μ m。
[0040]實施例5:
[0041 ] 本實施例用T92鐵素體耐熱鋼的馬氏體相變開始溫度Ms為400°C，馬氏體相變結(jié)束溫Mf為220°C。從T92鋼管中截取試樣，并進行如下亞穩(wěn)兩相區(qū)熱處理工藝:將試樣從室溫加熱至奧氏體區(qū)；然后開始以ITC /s的冷卻速度，從奧氏體化溫度冷卻至345°C ;將試樣在330°C分別保溫20min ;然后以30°C /s的加熱速率加熱至460°C，保溫15min以后以400C /s的冷卻速度，將兩個試樣降至室溫。
[0042]經(jīng)上述亞穩(wěn)兩相區(qū)二次熱處理以后，T92鐵素體耐熱鋼試樣中板條馬氏體的平均寬度為0.18 μ m。
【權(quán)利要求】
1.一種T92鋼亞穩(wěn)兩相區(qū)二次熱處理細化馬氏體板條的方法，其特征是步驟如下: 1)以4?20°C/s的冷卻速度，將試樣從奧氏體化溫度冷卻至馬氏體相變開始溫度與結(jié)束溫度之間的任意溫度T1，并在該溫度保溫5-30min ； 2)將保溫后的試樣以10?50°C/s的加熱速度加熱至高于馬氏體相變開始溫度的T2,并在此溫度T2保溫5?30min ； 3)將保溫后的試樣以4?50°C/s的冷卻速度，將試樣冷卻至室溫。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其體制是所述的步驟2)的高于馬氏體相變開始溫度的T2為:馬氏體相變開始溫度+5°C彡T2彡馬氏體相變開始溫度+100°C。
【文檔編號】C21D1/26GK104357632SQ201410531759
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月10日
【發(fā)明者】劉永長, 許林青, 劉晨曦, 余黎明, 馬宗青 申請人:天津大學(xué)