CN103614524A - 一种获得马氏体耐热钢高持久性能的热处理方法 - Google Patents
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Abstract
一种获得马氏体耐热钢高持久性能的热处理方法，属于耐热钢技术领域。采用二次回火热处理的工艺；其具体工艺步骤中控制的技术参数为：把9-12%Cr钢加热至1050-1150℃奥氏体化，保温时间为30-120min，然后水冷至室温。在650-750℃保温0.5-2h后升温至750-780℃，保温1-3h，空冷至室温。用于9-12%Cr钢及其大口径锅炉管制备。优点在于，析出相的初始尺寸比传统热处理制度处理后的析出相初始尺寸明显细化，且数量增多。在长时服役过程中析出相可有效钉扎位错和板条界，长时地维持位错和板条的强化作用，提高持久蠕变性能，进一步提高9-12%Cr耐热钢的服役温度。
Description
技术领域
本发明属于耐热钢技术领域，特别是提供了一种获得马氏体耐热钢高持久性能的热处理方法，可用于650℃蒸汽参数超超临界火电机组的G115钢及其大口径锅炉管制备。
背景技术
我国经济高速发展，资源和能源短缺已成为瓶颈问题。以燃煤发电机组为主的火力发电将仍然是中国电源结构的绝对主体，这是由中国的自然资源和国情所决定的。煤是一种化石燃料，储量有限，不可再生，燃煤发电过程产生和排放大量的CO2、SO2、NOx，污染环境，而提高火电机组运行参数是实现节能减排的最重要手段。机组运行参数越高，机组的热效率就越高，煤耗就越低，排放就越少，就越节约资源和能源。随着蒸汽温度和蒸汽压力的提高，超超临界火电机组对耐热材料的性能提出了更高的要求，主要表现在以下几个方面：（1）更高的高温持久和蠕变强度；（2）优异的组织稳定性；（3）良好的冷、热加工性能；（4）良好的抗氧化和耐蚀性能；（5）良好的焊接性能等。
9-12%Cr马氏体耐热钢在使用前，一般都需要经过传统的正火+回火处理方式。经过传统热处理后的试样，具有大量弥散分布的析出相，较高的位错密度和较细的板条尺寸，在长时服役过程中，位错和板条起着主要的强化作用。同时，由于析出相对位错和板条界的有效钉扎，使得位错湮灭和板条宽化的速度减慢，长时的保持良好的强化效果，从而获得良好的持久蠕变性能。因此，现在的研究普遍认为保持析出相的细小弥散是获得良好持久蠕变性能的关键。如何保持析出相的细小弥散，学者们目前主要通过在材料中加B，用B来抑制析出相的粗化。本发明团队也在之前的发明中对B的作用给予了充分的阐述。但是，除了用B抑制粗化外，能否从源头上对析出相的析出行为进行改变，即能否在供货态便获得数量更多、尺寸更细、分布更弥散的析出相是本发明团队一直关心的问题。在这个宗旨下，本发明团队结合已有的9-12%Cr钢研究基础，在既有9-12%Cr钢的成分下，通过二次回火的热处理方式，使该钢获得了较高的位错密度和较细的初始板条尺寸，强化效果好。更重要的是，在二次回火后，使该钢获得了一种具有数量更多、尺寸更细、分布更弥散的析出相的组织，这些析出相可以非常有效的钉扎位错和板条界，维持位错密度和板条宽度的稳定。本发明进一步提高了9-12%Cr耐热钢的服役温度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种获得9-12%Cr马氏体耐热钢高持久性能的热处理方法，适用于先进超超临界火电机组的大口径锅炉管和相关管道的热处理，可提高该耐热钢的服役温度。
本发明的二次回火热处理工艺为：把含9-12%Cr钢加热至1050-1150℃奥氏体化，保温时间为30-120min，然后水冷至室温。在650-750℃保温0.5-2h后升温至750-780℃，保温1-3h，空冷至室温。工艺过程如图1所示。
由于析出相的理论析出量随着回火温度的降低而增加，并且在高温情况下，回火温度越低，析出的过冷度越大，形核率越高，析出也就越细。但是当温度过低时，随着回火温度的继续降低，形核率又会随之降低。因此，在高温回火的大前提下，适当降低一次回火温度，有利于增加析出相的形核率，从而使得析出相的初始尺寸比传统热处理制度处理后的析出相初始尺寸细化，且数量增多。一次回火后升高温度进行二次回火的目的在于使材料中的位错发生一定程度的回复。研究表明，位错密度过高虽然可以提高材料的短时持久强度，但是位错回复的驱动力也随之增大，在长时过程中回复反而更加迅速，从而降低材料的长时持久强度。因此，通过二次回火把位错密度控制在适当的范围内，有助于提高材料的长时持久性能。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
（1）经过本发明的二次回火热处理之后的试样，析出相的初始尺寸比传统热处理制度处理后的析出相初始尺寸细化，且数量增多。
（2）经过本发明的二次回火热处理之后的试样，由于初始析出相尺寸细化，且数量增加，因此在长时服役过程中，析出相对位错和板条界的钉扎作用能够维持在较高的水平，从而使得试样的持久性能高于传统热处理制度处理后的持久性能。
附图说明
图1为本发明的二次回火热处理工艺。
图2为本发明对比例1的SEM照片。
图3为本发明实施例1的SEM照片。
图4为本发明实施例2的SEM照片。
图5为本发明实施例3的SEM照片。
具体实施方式
选用本发明人之前的发明钢G115钢作为具体实施材料，成分如表1所示。
表1实施例中耐热钢的成分
表2实施例中耐热钢的持久断裂时间（650℃）
本发明的二次回火热处理工艺为：把9-12%Cr钢加热至1050-1150℃奥氏体化，保温时间为30-120min，然后水冷至室温。在650-750℃保温0.5-2h后升温至750-780℃，保温1-3h，空冷至室温。工艺过程如图1所示。
以下是本发明的具体实施例，但本发明不限于下述实施例。
对比例：马氏体耐热钢的成分见表1，将该耐热钢在1100℃保温60min后水冷至室温。然后在780℃回火3小时，空冷至室温。对比例为传统热处理制度，为了与实施例1-3的本发明二次回火热处理工艺作对比。
实施例1：马氏体耐热钢的成分见表1，将该耐热钢在1080℃保温120min，然后水冷至室温。在650℃保温2h后升温至780℃，保温2h，空冷至室温。
实施例2：马氏体耐热钢的成分见表1，将该耐热钢在1120℃保温45min，然后水冷至室温。在700℃保温2h后升温至750℃，保温3h，空冷至室温。
实施例3：马氏体耐热钢的成分见表1，将该耐热钢在1100℃保温60min，然后水冷至室温。在750℃保温1h后升温至780℃，保温2h，空冷至室温。对比例1用的是传统热处理工艺，作为与本发明的二次回火热处理工艺作对比。
实施例1-3用的是本发明的二次回火热处理工艺。将上述热处理后的试样通过SEM进行组织形貌分析，并通过持久试验测试其持久性能。图2是对比例1的SEM组织形貌，图3是实施例1的SEM组织形貌，图4是实施例2的SEM组织形貌，图5是实施例3的SEM组织形貌。从图2-5可以观察到，经过本发明的二次回火热处理之后的试样，析出相的尺寸与传统热处理之后的析出相尺寸相比得到了明显的细化，且数量也出现了明显的增多。表2是本发明实施例在650℃下的持久性能。从表2可以看出，经过本发明的二次回火热处理之后的试样，持久性能与传统热处理相比，得到了明显的改善。这是因为经过本发明的二次回火热处理之后的试样，析出相初始尺寸细化，初始数量增多，这些细小弥散的析出相在长时服役过程中可以很好的钉扎位错和板条界，长时地维持位错强化和亚结构强化效果，从而使得耐热钢长时地保持较高的持久蠕变性能。因此，本发明的二次回火热处理工艺提高了9-12%Cr耐热钢的高温持久性能，可进一步提高其服役温度。
Claims (1)
1.一种获得马氏体耐热钢高持久性能的热处理方法，该钢含9-12%Cr，其特征在于，采用二次回火热处理的工艺，工艺中控制的技术参数为：把9-12%Cr钢加热至1050-1150℃奥氏体化，保温时间为30-120min，然后水冷至室温；在650-750℃保温0.5-2h后升温至750-780℃，保温1-3h，空冷至室温。
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