一種適用于奧氏體耐熱鋼爐管材料的熱處理方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種適用于奧氏體耐熱鋼爐管材料的熱處理方法，包括步驟：將鑄態(tài)奧氏體耐熱鋼爐管材料放置到加熱爐中，再將加熱至1120-1200℃，并保溫1-3h進(jìn)行固溶處理，然后用15-30min的時間將溫度降至950-1080℃，并保溫2-5h，再用30-120min將溫度降至600-900℃，保溫10-35h后冷卻至室溫，完成適用于奧氏體耐熱鋼爐管材料的熱處理。本發(fā)明處理的奧氏體耐熱鋼爐管材料具有優(yōu)異的高溫力學(xué)性能，并且成本低，滿足600℃級火電機(jī)組過熱器/再熱器對材料的性能要求。
【專利說明】一種適用于奧氏體耐熱鋼爐管材料的熱處理方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于金屬熱處理【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種適用于奧氏體耐熱鋼爐管材料的熱處 理方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 與鐵素體耐熱鋼相比，奧氏體耐熱鋼具有更加優(yōu)異的高溫力學(xué)性能及抗氧化/抗 腐蝕性能，因此作為高溫低應(yīng)力部件材料而在多個行業(yè)中獲得應(yīng)用。以火電行業(yè)為例，近年 來隨著高效、節(jié)能、環(huán)保成為電力行業(yè)發(fā)展的主題，超臨界火電機(jī)組成為火電行業(yè)技術(shù)發(fā)展 的重點(diǎn)。與此同時，火電機(jī)組的蒸汽參數(shù)不斷提高，對材料的性能提出了更大的挑戰(zhàn)。尤其 對于機(jī)組中過熱器/再熱器等服役工況最嚴(yán)苛的關(guān)鍵部件，隨著蒸汽參數(shù)達(dá)到600°C以上， 傳統(tǒng)的TP91、NF616、HCM12A等鐵素體耐熱鋼已無法滿足使用性能要求。因此，目前國內(nèi)外 主要采用Super 304H、HR3C等奧氏體耐熱鋼作為600°C級火電機(jī)組過熱器/再熱器管道首 選材料，并獲得了較好的應(yīng)用效果。
[0003] 然而，國內(nèi)對這幾種奧氏體耐熱鋼制備與加工工藝方面與國外差距明顯。目前，我 國雖然也已實(shí)現(xiàn)了 Super 304H(S30432)、HR3C(S31042)等過熱器/再熱器材料的國產(chǎn)化， 但其成本高昂且使用性能不穩(wěn)定，至今未能在電力行業(yè)中獲得廣泛應(yīng)用。因此，我國600°C 級超超臨界機(jī)組過熱器/再熱器材料至今仍嚴(yán)重依賴進(jìn)口。
[0004] 除火電行業(yè)外，我國自主生產(chǎn)的奧氏體耐熱鋼在石化、核電等領(lǐng)域均獲得了較成 功的應(yīng)用。例如，采用離心鑄造工藝制備20Cr32NiNb合金（ASTM:A 351-03 Grade CT 15C) 及其高C改性合金已完全實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化生產(chǎn)。這類材料一般在鑄態(tài)下使用，無需后續(xù)處理， 因而具有工藝簡單，成本低廉等優(yōu)勢，并在石化行業(yè)中的制氫轉(zhuǎn)化爐中獲得推廣。應(yīng)用結(jié)果 表明，這類材料可以滿足KKKTC以下的高溫環(huán)境對材料抗氧化/抗腐蝕性能的要求，同時 其具備較好的高溫持久強(qiáng)度性能及抗熱疲勞性能。但其服役壓力較小，尚不能滿足600°C級 火電機(jī)組過熱器/再熱器對材料的性能要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種適用于奧氏體耐熱鋼爐 管材料的熱處理方法，該方法處理的奧氏體耐熱鋼爐管材料具有優(yōu)異的高溫力學(xué)性能，并 且成本低，滿足600°C級火電機(jī)組過熱器/再熱器對材料的性能要求。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所述的適用于奧氏體耐熱鋼爐管材料的熱處理方法，其 特征在于，包括步驟：
[0007] 將鑄態(tài)奧氏體耐熱鋼爐管材料放置到加熱爐中，再將加熱至1120_1200°C，并保溫 l-3h進(jìn)行固溶處理，然后用15-30min的時間將溫度降至950-1080°C，并保溫2-5h，再用 30-120min將溫度降至600-900°C，保溫10_35h后隨爐冷卻至室溫，完成適用于奧氏體耐熱 鋼爐管材料的熱處理。
[0008] 所述奧氏體耐熱鋼爐管材料為20Cr32NiNb合金或高C改性20Cr32NiNb合金。
[0009] 固溶處理后奧氏體耐熱鋼爐管材料晶界處由不連續(xù)的MC組成，晶界M23C6型碳化 物體積分?jǐn)?shù)小于3. 0%，晶內(nèi)碳化物體積分?jǐn)?shù)低于1. 5%。
[0010] 經(jīng)用15-30min的時間將溫度降至950-1080°C，并保溫2-5h后，奧氏體耐熱鋼爐管 材料晶界處出現(xiàn)不連續(xù)M23C6型二次碳化物析出，M23C6型二次碳化物的尺寸均小于等于 5 μ m〇
[0011] 在30-120min內(nèi)將溫度降至600-900°C，并在這一溫度范圍保溫10-35h，最終獲得 的組織中晶界處碳化物形成連續(xù)膜狀結(jié)構(gòu)且占晶界面積大于70%，晶內(nèi)彌散分布有二次碳 化物顆粒，且所述二次碳化物顆粒的尺寸小于等于5 μ m。
[0012] 本發(fā)明具有以下有益效果：
[0013] 本發(fā)明所述的適用于奧氏體耐熱鋼爐管材料的熱處理方法對鑄態(tài)奧氏體耐熱鋼 爐管材料進(jìn)行熱處理時，先將鑄態(tài)奧氏體耐熱鋼爐管材料放置到加熱爐中，然后將鑄態(tài)奧 氏體耐熱鋼爐管材料加熱至1120-1200°C，并保溫，再將溫度降至950-1080°C，并保溫，然 后在30-120min內(nèi)將溫度降至600-900°C，并保溫10_35h，最后再降至室溫，操作方便、簡 單，并且成本低。經(jīng)本發(fā)明熱處理后的適用于奧氏體耐熱鋼爐管材料晶界碳化物呈連續(xù)膜 狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)部彌散分布二次碳化物顆粒且尺寸不大于5 μ m，同時在溫度為750°C的屈服強(qiáng) 度達(dá)到180MPa以上，室溫及高溫延伸率均高于18%，滿足600°C級火電機(jī)組過熱器/再熱 器對材料的性能要求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 圖1為傳統(tǒng)的鑄態(tài)20Cr32NiNb合金的XRD分析結(jié)果；
[0015] 圖2為本發(fā)明中實(shí)施例一得到的20Cr32NiNb合金的XRD分析結(jié)果；
[0016] 圖3為本發(fā)明中實(shí)施例二得到的20Cr32NiNb合金的XRD分析結(jié)果；
[0017] 圖4為傳統(tǒng)的鑄態(tài)高C改性20Cr32NiNb合金的XRD分析結(jié)果；
[0018] 圖5為本發(fā)明中實(shí)施例三得到的高C改性20Cr32NiNb合金的XRD分析結(jié)果；
[0019] 圖6為本發(fā)明中實(shí)施例四得到的高C改性20Cr32NiNb合金的XRD分析結(jié)果；
[0020] 圖7為本發(fā)明中實(shí)施例二得到的20Cr32NiNb合金組織SEM觀察結(jié)果；
[0021] 圖8為本發(fā)明中實(shí)施例一得到的20Cr32NiNb合金組織SEM觀察結(jié)果。

【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述：
[0023] 實(shí)施例一
[0024] 對20Cr32NiNb合金進(jìn)行熱處理，包括以下步驟：
[0025] 將鑄態(tài)20Cr32NiNb合金放置到加熱爐中，加熱至1200°C并保溫2h進(jìn)行固溶處理， 然后用20min的時間將溫度降至1050°C并保溫2. 5h，再用120min將溫度降至650°C并保溫 I. 5h，之后升溫至850°C，保溫18h后隨爐冷卻至室溫，完成20Cr32NiNb合金的熱處理。
[0026] 實(shí)施例二
[0027] 對20Cr32NiNb合金進(jìn)行熱處理，包括以下步驟：
[0028] 將鑄態(tài)20Cr32NiNb合金放置到加熱爐中加熱至1200°C，并保溫2h進(jìn)行固溶處理， 然后用20min的時間將溫度降至1050°C并保溫2. 5h，再用90min將溫度降至750°C，保溫 30h后隨爐冷卻至室溫，完成20Cr32NiNb合金的熱處理。
[0029] 實(shí)施例三
[0030] 對高C改性20Cr32NiNb合金進(jìn)行熱處理，包括以下步驟：
[0031] 將鑄態(tài)高C改性20Cr32NiNb合金放置到加熱爐中加熱至1200°C，并保溫2h進(jìn) 行固溶處理，然后用20min的時間將溫度降至1050°C并保溫2. 5h，再用120min將溫度 降至650°C并保溫I. 5h，之后升溫至850°C，保溫18h后隨爐冷卻至室溫，完成高C改性 20Cr32NiNb合金的熱處理。
[0032] 實(shí)施例四
[0033] 對高C改性20Cr32NiNb合金進(jìn)行熱處理，包括以下步驟：
[0034] 將鑄態(tài)高C改性20Cr32NiNb合金放置到加熱爐中加熱至1200°C，并保溫2h進(jìn) 行固溶處理，然后用20min的時間將溫度降至1050°C并保溫2. 5h，再用90min將溫度降至 750°C，保溫30h后隨爐冷卻至室溫，完成高C改性20Cr32NiNb合金的熱處理。
[0035] 實(shí)施例五
[0036] 對高C改性20Cr32NiNb合金進(jìn)行熱處理，包括以下步驟：
[0037] 將鑄態(tài)高C改性20Cr32NiNb合金放置到加熱爐中，再將加熱至1120°C，并保溫Ih 進(jìn)行固溶處理，然后用15min的時間將溫度降至950°C，并保溫2h，再用30min將溫度降至 600°C，保溫IOh后隨爐冷卻至室溫，完成高C改性20Cr32NiNb合金的熱處理。
[0038] 實(shí)施例六
[0039] 對20Cr32NiNb合金進(jìn)行熱處理，包括以下步驟：
[0040] 將鑄態(tài)20Cr32NiNb合金放置到加熱爐中加熱至1180°C，并保溫3h進(jìn)行固溶處理， 然后用30min的時間將溫度降至1080°C并保溫2h，再用120min將溫度降至900°C，保溫35h 后隨爐冷卻至室溫，完成20Cr32NiNb合金的熱處理。
[0041] 經(jīng)檢測，固溶處理后奧氏體耐熱鋼爐管材料晶界處由不連續(xù)的MC組成，晶界 M23C6型碳化物體積分?jǐn)?shù)小于3. 0%，晶內(nèi)碳化物體積分?jǐn)?shù)應(yīng)低于1. 5%。經(jīng)用15-30min 的時間將溫度降至950-1080°C，并保溫2-5h后，奧氏體耐熱鋼爐管材料晶界處出現(xiàn)不連 續(xù)M23C6型二次碳化物析出，M23C6型二次碳化物的尺寸均小于等于5μπι。同時，通過本 發(fā)明處理的奧氏體合金晶界碳化物呈連續(xù)膜狀結(jié)構(gòu)且占晶界面積大于70%，晶粒內(nèi)部彌散 分布二次碳化物顆粒且尺寸不大于5 μ m。利用本發(fā)明熱處理工藝制備的20Cr32NiNb合 金（ASTM :A 351-03 Grade CT 15C)及其高 C 改性 20Cr32NiNb 合金（C 含量為 0· 15-0. 25 wt. % )，在750°C屈服強(qiáng)度可達(dá)到180 MPa以上，室溫及高溫延伸率均高于18%。
[0042] 參考圖1、圖2及圖3,對實(shí)施例一及實(shí)施例二熱處理后的20Cr32NiNb合金的物相 組成與鑄態(tài)合金進(jìn)行了比較分析，可以看出經(jīng)時效處理后，合金組織中產(chǎn)生了大量〇 23(：6析 出。
[0043] 參考圖4、圖5及圖6,對實(shí)施例三及實(shí)施例四兩種熱處理態(tài)高C改性20Cr32NiNb 合金的物相組成與鑄態(tài)合金進(jìn)行了比較分析，可以看出經(jīng)時效處理后，合金組織中產(chǎn)生了 大量Cr23C 6析出。
[0044] 參考圖7及圖8,對實(shí)施例一及實(shí)施例二兩種熱處理態(tài)合金進(jìn)行了顯微組織觀察， 結(jié)果發(fā)現(xiàn)合金晶界形成連續(xù)膜狀Cr 23C6，并在晶內(nèi)有彌散分布的Cr23C6析出。
[0045] 表1列出了實(shí)施例一、實(shí)施例二、實(shí)施例三及實(shí)施例四的熱處理態(tài)合金與其鑄態(tài) 合金的性能比較結(jié)果，發(fā)現(xiàn)材料屈服強(qiáng)度改善顯著，室溫強(qiáng)度性能也獲得一定提升，其在 750°C屈服強(qiáng)度均高于180 MPa，較其鑄態(tài)時相比提高30%以上，室溫及高溫延伸率均高于 18%。由表中同樣可以看出，實(shí)施例四的合金與目前600°C機(jī)組過熱器/再熱器管常用材料 相比其力學(xué)性能明顯較好，具有在600°C級火電機(jī)組推廣應(yīng)用的潛力。
[0046] 表 1
[0047]

【權(quán)利要求】
1. 一種適用于奧氏體耐熱鋼爐管材料的熱處理方法，其特征在于，包括步驟： 將鑄態(tài)奧氏體耐熱鋼爐管材料放置到加熱爐中，將其加熱至1120-1200°C，并保溫 l-3h進(jìn)行固溶處理，然后用15-30min的時間將溫度降至950-1080°C，并保溫2-5h，最后在 30-120min內(nèi)將溫度降至600-900°C，保溫10_35h后隨爐冷卻至室溫，完成適用于奧氏體耐 熱鋼爐管材料的熱處理。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于奧氏體耐熱鋼爐管材料的熱處理方法，其特征在于， 所述奧氏體耐熱鋼爐管材料為20Cr32NiNb合金或高C改性20Cr32NiNb合金。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于奧氏體耐熱鋼爐管材料的熱處理方法，其特征在于， 固溶處理后奧氏體耐熱鋼爐管材料晶界處由不連續(xù)的MC組成，晶界M23C6型碳化物體積分 數(shù)小于3. 0%，晶內(nèi)碳化物體積分?jǐn)?shù)低于1. 5%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于奧氏體耐熱鋼爐管材料的熱處理方法，其特征在于， 經(jīng)用15-30min的時間將溫度降至950-1080°C，并保溫2-5h后，奧氏體耐熱鋼爐管材料晶界 處出現(xiàn)不連續(xù)M23C6型二次碳化物析出，M23C6型二次碳化物的尺寸均小于等于5 ii m。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于奧氏體耐熱鋼爐管材料的熱處理方法，其特征在于， 在30-120min內(nèi)將溫度降至600-900°C，并在這一溫度范圍保溫10_35h，最終獲得的組織 中晶界處碳化物形成連續(xù)膜狀結(jié)構(gòu)且占晶界面積大于70 %，晶內(nèi)彌散分布有二次碳化物顆 粒，且所述二次碳化物顆粒的尺寸小于等于5 ii m。
【文檔編號】C21D6/00GK104313285SQ201410384333
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月6日
【發(fā)明者】嚴(yán)靖博, 谷月峰, 黨瑩櫻, 尹宏飛, 袁勇, 趙新寶, 魯金濤, 楊珍 申請人:華能國際電力股份有限公司, 西安熱工研究院有限公司