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一種獲得具有奧氏體組織特征的鐵素體耐熱鋼的方法

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一種獲得具有奧氏體組織特征的鐵素體耐熱鋼的方法
【專(zhuān)利摘要】一種獲得具有奧氏體組織特征的鐵素體耐熱鋼的方法,屬于耐熱鋼【技術(shù)領(lǐng)域】。采用大變形+熱處理的工藝:工藝步驟中控制的技術(shù)參數(shù)為:把9-12%Cr鋼以20℃/s加熱至1100-1200℃,保溫30-120min;然后,以10℃/s冷卻至500-800℃,保溫3-15s,以變形速率為1s-1進(jìn)行變形,變形量為70-90%,變形完成后立即淬火至室溫,然后在650-800℃回火1-5小時(shí),空冷至室溫。用于9-12%Cr鋼及其大口徑鍋爐管制備。優(yōu)點(diǎn)在于,析出相的初始尺寸比傳統(tǒng)熱處理制度處理后的析出相初始尺寸明顯細(xì)化,鐵素體組織具有類(lèi)似于奧氏體組織的特征,屬于平衡態(tài),且界面數(shù)量少,擴(kuò)散通道少。在長(zhǎng)時(shí)服役過(guò)程中,基體具有良好的組織穩(wěn)定性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種獲得具有奧氏體組織特征的鐵素體耐熱鋼的方法【技術(shù)領(lǐng)域】[0001]本發(fā)明屬于耐熱鋼【技術(shù)領(lǐng)域】,特別是提供了一種獲得具有奧氏體組織特征的鐵素體耐熱鋼的方法,可用于9_12%Cr鋼及其大口徑鍋爐管制備?!颈尘凹夹g(shù)】 [0002]近年,超超臨界火電站建設(shè)需求增加迅速,隨著蒸汽溫度和壓力的提高,超超臨界火電機(jī)組對(duì)耐熱材料的性能提出了更高的要求,主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:(I)更高的高溫持久和蠕變強(qiáng)度;(2)優(yōu)異的組織穩(wěn)定性;(3)良好的冷、熱加工性能;(4)良好的抗氧化和耐蝕性能;(5)良好的焊接性能等。[0003]9_12%Cr鋼的合金含量低,成本優(yōu)勢(shì)大,同時(shí),熱膨脹系數(shù)低,熱導(dǎo)率高。9_12%Cr 鋼的基體一般都是回火馬氏體,同時(shí)有大量的位錯(cuò)和析出相,強(qiáng)化機(jī)制多樣,固溶強(qiáng)化、位錯(cuò)強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化和亞結(jié)構(gòu)強(qiáng)化均起到非常重要的作用,很好的體現(xiàn)了 “多元復(fù)合強(qiáng)化”理論。但是,回火馬氏體是非平衡態(tài),9-12%Cr鋼的平衡態(tài)為鐵素體。因此,馬氏體耐熱鋼在長(zhǎng)時(shí)服役后會(huì)逐漸向平衡態(tài)(鐵素體)轉(zhuǎn)變,伴隨著位錯(cuò)的大量回復(fù)湮滅,析出相粗化,亞結(jié)構(gòu)回復(fù)以及固溶元素的析出,從而使得材料性能弱化,最終導(dǎo)致失效斷裂。其中,析出相的粗化和亞結(jié)構(gòu)的回復(fù)是非常重要的誘導(dǎo)因素。馬氏體耐熱鋼中有大量的亞結(jié)構(gòu):原奧氏體 (prior austenite grain,PAG),板條束(packet),板條塊(block)和板條(lath),板條間有大量的位錯(cuò)。因此,馬氏體耐熱鋼中存在大量的界面和位錯(cuò),這些界面和位錯(cuò)提供了良好的擴(kuò)散通道,在一定程度上促進(jìn)了析出相的粗化。同時(shí),界面和位錯(cuò)數(shù)量多,也增加了其回復(fù)的驅(qū)動(dòng)力,促進(jìn)性能的惡化。與馬氏體耐熱鋼相比,奧氏體耐熱鋼的優(yōu)勢(shì)在于其組織單一, 全部為奧氏體組織,沒(méi)有亞結(jié)構(gòu)存在,在服役之初就是平衡態(tài),不存在非平衡態(tài)向平衡態(tài)的轉(zhuǎn)變。同時(shí),奧氏體耐熱鋼的晶界和基體上有大量的析出相強(qiáng)化,因此高溫下其持久蠕變性能明顯好于馬氏體耐熱鋼。但是奧氏體耐熱鋼的缺點(diǎn)在于合金含量較高,成本也因此較高。 熱膨脹系數(shù)大,熱傳導(dǎo)系數(shù)低。那么,能否同時(shí)結(jié)合奧氏體耐熱鋼和馬氏體耐熱鋼的優(yōu)點(diǎn), 摒棄兩種耐熱鋼的缺點(diǎn),揚(yáng)長(zhǎng)避短,是本發(fā)明研究的要點(diǎn)。[0004]Toda等人在研究中發(fā)現(xiàn),15%Cr鋼中通過(guò)添加W和Co可以獲得單一鐵素體組織或鐵素體+馬氏體,以替代9-12%鋼的單一馬氏體組織。單一鐵素體組織或鐵素體+馬氏體組織的持久性能明顯優(yōu)于單一馬氏體組織(詳情見(jiàn)Toda等人近年發(fā)表的文獻(xiàn))。鐵素體組織為平衡態(tài),具有奧氏體的組織特征,其中馬氏體亞結(jié)構(gòu)少,在長(zhǎng)時(shí)服役過(guò)程中不會(huì)發(fā)生基體組織轉(zhuǎn)變,因此也不存在組織的退化。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種獲得具有奧氏體組織特征的鐵素體耐熱鋼的方法,獲得具有奧氏體組織特征的9-12%Cr鐵素體耐熱鋼,適用于先進(jìn)超超臨界火電機(jī)組的大口徑鍋爐管和相關(guān)管道的制造,可提高該耐熱鋼的服役溫度。[0006]本發(fā)明結(jié)合本研究團(tuán)隊(duì)已有的9_12%Cr馬氏體鋼研究基礎(chǔ),在既有9_12%Cr鋼的成分下,通過(guò)大變形+熱處理的方式,使該鋼得到了一種具有奧氏體組織特征的穩(wěn)定鐵素體組織。同時(shí),由于大變形的因素,析出相(尤其是M23C6)得到了明顯的細(xì)化,這些細(xì)化的 M23C6分布在晶界上和基體內(nèi),很好地強(qiáng)化了晶界和基體。由于鐵素體基體的界面和位錯(cuò)數(shù)量都明顯低于馬氏體基體,因此擴(kuò)散通道少,在長(zhǎng)時(shí)服役過(guò)程中,析出相的粗化速率也得到了較好抑制,起到了好的強(qiáng)化效果。本發(fā)明可進(jìn)一步提高9-12%Cr耐熱鋼的服役溫度。[0007]本發(fā)明采用大變形+熱處理的工藝:具體工藝步驟中控制的技術(shù)參數(shù)為:把 9-12%Cr 鋼以 20°C /s 加熱至 1100-1200°C,保溫 30_120min ;然后,以 10°C /s 冷卻至 500-800°C,保溫3-15s,以變形速率為Is—1進(jìn)行變形,變形量為70_90%,變形完成后立即淬火至室溫,然后在650-800°C回火1-5小時(shí),空冷至室溫。[0008]9-12%Cr鋼經(jīng)過(guò)本發(fā)明的大變形+熱處理后,析出相的初始尺寸明顯細(xì)化,同時(shí)獲得了具有奧氏體組織特征的鐵素體組織。鐵素體組織是9-12%Cr鋼的平衡態(tài)組織,具有良好的組織穩(wěn)定性。此外,與馬氏體組織相比,由于鐵素體組織沒(méi)有亞結(jié)構(gòu),界面數(shù)量少,擴(kuò)散通道少,在長(zhǎng)時(shí)服役過(guò)程中,析出相的粗化速率慢,強(qiáng)化效果好。因此,本發(fā)明的大變形+熱處理工藝提高了 9-12%Cr耐熱鋼的高溫持久性能,可進(jìn)一步提高其服役溫度。[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于:[0010](I)經(jīng)過(guò)本發(fā)明的大變形+熱處理之后的試樣,析出相的初始尺寸比傳統(tǒng)熱處理制度處理后的析出相初始尺寸明顯細(xì)化。[0011](2)經(jīng)過(guò)本發(fā)明的大變形+熱處理之后的試樣,基體為鐵素體組織,而傳統(tǒng)熱處理之后的試樣基體為回火馬氏體組織。鐵素體組織具有類(lèi)似于奧氏體組織的特征,屬于平衡態(tài),且界面數(shù)量少,擴(kuò)散通道少。在長(zhǎng)時(shí)服役過(guò)程中,基體具有良好的組織穩(wěn)定性,且析出相的粗化速率也得到了較好抑制,起到了好的強(qiáng)化效果??蛇M(jìn)一步提高9-12%Cr耐熱鋼的服役溫度?!緦?zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】[0012]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的SEM照片。[0013]圖2為本發(fā)明實(shí)施例2的SEM照片。[0014]圖3為本發(fā)明實(shí)施例3的SEM照片。[0015]圖4為本發(fā)明實(shí)施例1的EBSD照片。[0016]圖5為本發(fā)明實(shí)施例2的EBSD照片。[0017]圖6為本發(fā)明實(shí)施例3的EBSD照片?!揪唧w實(shí)施方式】[0018]選用本發(fā)明人之前的發(fā)明鋼G115鋼作為具體實(shí)施材料,成分如表1所示。[0019]表1實(shí)施例中耐熱鋼的成分
[0020]
【權(quán)利要求】
1.一種獲得具有奧氏體組織特征的鐵素體耐熱鋼的方法,采用大變形+熱處理的工藝;其特征在于,工藝步驟中控制的技術(shù)參數(shù)為:把9-12%Cr鋼以20°C /s加熱至 1100-1200°C,保溫30-120min ;然后,以10°C /s冷卻至500_800°C,保溫3_15s,以變形速率為Is—1進(jìn)行變形,變形量為70-90%,變形完成后立即淬火至室溫,然后在650-800 °C回火1-5 小時(shí),空冷至室溫。
【文檔編號(hào)】C21D1/18GK103555905SQ201310507649
【公開(kāi)日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月24日
【發(fā)明者】劉正東, 嚴(yán)鵬, 包漢生, 楊鋼, 翁宇慶, 干勇 申請(qǐng)人:鋼鐵研究總院
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