CN104357632A - T92钢亚稳两相区二次热处理细化马氏体板条的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及了一种T92钢亚稳两相区二次热处理细化马氏体板条的方法；将试样以4～20℃/s的速度从奥氏体化温度冷却至温度T₁，温度T₁在马氏体相变开始温度与结束温度之间；保温5-30 min，以10～50℃/s速度加热至T₂温度，并在T₂温度保温5-30 min，T₂温度略高于马氏体相变开始温度；最后以4～50℃/s的冷却速度冷却至室温。通过在亚稳两相区进行二次退火处理显著细化马氏体板条，通过细晶强化机制提高钢的力学性能；细化板条马氏体促进细小弥散的M₂₃C₆和MX析出，由于第一次相变产生的马氏体组织含碳量降低，减小服役过程中M₂₃C₆颗粒尺寸，通过弥散强化机制提高了钢的力学性能。

Description

T92钢亚稳两相区二次热处理细化马氏体板条的方法

技术领域

本发明属于高铬铁素体耐热钢生产技术领域，涉及一种在T92铁素耐热钢中通过在亚稳两相区内进行二次热处理来获得细小马氏体板条的方法。

背景技术

能源是人类赖以生存的物质基础，人类社会的发展离不开新能源的出现和能源技术的发展和使用，能源发展与环境之间的矛盾已成为全世界全人类共同关注的问题。目前，火力发电是全球尤其是我国的最主要的能源供应方式。为了解决能源与环境的矛盾，节约煤炭的消耗，减少环境污染，提高发电机组的效率成为了我国乃至全球的紧迫任务。提高火力发电机组参数，是提高机组热效率和节能环保的主要途径，锅炉参数从超临界转变为超超临界，电厂的热效率可以提高10％以上。因此，超超临界机组的发展已成为全球各国火力发电工业的重要任务。随着蒸汽压力和温度的不断提高，对电厂机组锅炉管道用钢的性能要求也越来高，传统的低合金铁素体耐热钢用于亚临界机组已经达到其使用极限，因此新型耐热钢的发展成为建设超临界/超超临界机组的关键技术之一。9-12％Cr铁素体耐热钢是继传统铁素体耐热钢之后，开发出来的新型钢种，与后者相比其具有更好的高温力学性能、抗腐蚀性和焊接性能。9-12％Cr铁素体耐热钢广泛应用于电厂锅炉管仲，此类钢种的出现，推动了超临界和超超临界发电机组的迅速发展。

9-12％Cr铁素体耐热钢的室温组织是板条马氏体组织，板条马氏体组织也是9-12％Cr铁素体耐热钢的服役组织，因此，马氏体组织的性能直接影响到钢的力学性能，从而关系到电厂锅炉的安全性。铁素体耐热钢的常规热处理是正火与回火，通过正火与回火得到组织均匀的回火板条马氏体组织。这种常规的热处理工艺，不会提高铁素体耐热钢的力学性能。随着超超临界电厂的发展，为了获得更好的热效率，工作温度和压力在不断提高，通过常规热处理的9-12％Cr铁素体耐热钢越来越难以适用，这就需要开发新的热处理工艺。通过探索先进的热处理工艺来提高材料的力学性能是耗能最小、最环保也是最经济的途径。

T92是9-12％Cr铁素体耐热钢的代表性钢种，它是在T91钢的基础上对其成分进行优化和调整，开发出来的新型铁素体耐热钢。通过添加1.5～2.0％的W形成W-Mo复合固溶强化，减少Mo的含量至0.3～0.6％以避免组织中δ-铁素体的形成，调整了V和Nb含量以形成碳氮化物弥散沉淀强化，并加入了0.001～0.006％的B组元来形成晶界强化。与T91钢相比，T92钢具有同样优良的导热性、韧性、加工工艺性和焊接性能，但在600℃以上使用时，T92钢的蠕变性能和持久强度远高于T91钢，因此T92钢是替代T91钢的最理想材料。

近年来，出现一种新型淬火和配分(Q&P)热处理工艺，主要应用于TRIP钢。其目的是为了在室温组织中产生一定量的残余奥氏体，当TRIP钢受到载荷作用发生变形时，会使钢中的残余奥氏体发生应变诱发马氏体相变，使得钢的强度，尤其是塑性显著提高。对于9-12％Cr铁素体耐热钢，由于其淬透性很好，即使采用Q&P热处理工艺也很难在室温下形成残留奥氏体，但可以通过改进Q&P热处理工艺以细化其板条马氏体组织，众所周知，细化马氏体板条能够显著提高钢的力学性能。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供了一种可适用于T92铁素体耐热钢的新型热处理工艺，通过在亚稳两相区进行二次退火处理，可以获得细小的板条马氏体，有利于提高铁素体耐热钢的力学性能。

具体技术方案如下：

在T92铁素体耐热钢中获得细小板条马氏体的热处理工艺，步骤如下(其流程图见图1)：

1)以4～20℃/s的冷却速度，将试样从奥氏体化温度冷却至马氏体相变开始温度与结束温度之间的任意温度T₁，并在该温度保温5-30min；

2)将保温后的试样以10～50℃/s的加热速度加热至高于马氏体相变开始温度的T₂，并在此温度T₂保温5～30min；

3)将保温后的试样以4～50℃/s的冷却速度，将试样冷却至室温。

所述的步骤2)的高于马氏体相变开始温度的T₂为：马氏体相变开始温度+5℃≤T₂≤马氏体相变开始温度+100℃。

本发明中，将T92铁素体耐热钢从奥氏体化温度冷却至M_s与M_f之间的某一温度，在此过程中，T92钢发生第一次马氏体相变，由于温度未达M_f，因此马氏体相变未发生完全，会残留一部分未转变奥氏体；当在T₁或T₂温度保温时，钢中的碳原子发生从马氏体向未转变奥氏体的再分配，使得未转变奥氏体的碳含量增加，稳定性提高；当从保温温度冷却至室温的过程中，未转变奥氏体发生第二次马氏体相变，由于奥氏体含碳量高，较稳定，因此产生细小的板条马氏体。

本发明优点：

1.通过在亚稳两相区进行二次退火处理显著细化马氏体板条，通过细晶强化机制提高钢的力学性能；

2.细化的板条马氏体可促进细小弥散的M₂₃C₆和MX析出，且由于第一次相变产生的马氏体组织含碳量降低，可以减小服役过程中M₂₃C₆颗粒尺寸，因此也通过弥散强化机制提高了钢的力学性能；

3.操作简单，耗能少，成本低；

附图说明

图1所示为本发明热处理工艺的流程示意图；

图2为本发明实施例1中T92铁素体耐热钢热处理过程中的线膨胀曲线；

图3为本发明实施例1中T92铁素体耐热钢热处理后的透射电镜照片，其中(a)是在330℃分别保温15min，(b)是在330℃分别保温25min；

图4为本发明实施例2中T92铁素体耐热钢热处理过程中的线膨胀曲线；

图5为本发明实施例2中T92铁素体耐热钢热处理后的透射电镜照片，其中(a)是在500℃分别保温15min，(b)是在500℃分别保温25min；

图6为本发明实施例2中T92铁素体耐热钢热处理后得到的超细板条马氏体的透射电镜照片，其中(a)是明场像，(b)是暗场像与选区电子衍射斑点。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。

本发明涉及的T92铁素体耐热钢广泛应用于电厂高温过热器、再热器、主蒸汽管以及水冷壁管等。T92铁素体耐热钢按照质量百分比具有以下化学成分：C：0.09％；Cr：8.95％；W：1.77％；Mo：0.33％；Si：0.42％；Mn：0.40％；Ni：0.20％；Cu：0.03％；V：0.18％；Nb：0.06％；B：0.0013％；其余为Fe和不可避免的杂质。在此钢中获得细小板条马氏体的热处理工艺的具体步骤是：

将试样(如以10℃/s的加热速度，从室温加热至900-1200℃(奥氏体化温度，AT)，保温15-30min以完成奥氏体化)得到组织均匀的全奥氏体组织；以4～20℃/s的冷却速度，将试样从奥氏体化温度冷却至某一温度T₁，温度T₁在马氏体相变开始温度(M_s)与结束温度(M_f)之间；然后将试样在T₁温度保温5-30min，然后以10℃～50℃/s的加热速度加热至T₂温度，并在T₂温度保温5-30min，其中T₂温度略高于马氏体相变开始温度(M_s)；最后以4～50℃/s的冷却速度，将试样冷却至室温。T₂为：马氏体相变开始温度+5℃≤T₂≤马氏体相变开始温度+100℃。

以下是本发明的具体实施例，但本发明不限于下述实施例。

实施例1：

本实施例用T92铁素体耐热钢的马氏体相变开始温度M_s为400℃，马氏体相变结束温M_f为220℃。从T92钢管中截取试样，并进行如下亚稳两相区热处理工艺：将试样从室温加热完全奥氏体化；然后开始以4℃/s的冷却速度，从奥氏体化温度冷却至330℃；将试样在330℃分别保温15min和25min；然后以50℃/s的加热速率加热至405℃，保温5min以后以4℃/s的冷却速度，将两个试样降至室温。

图2所示为本实施例中T92铁素体耐热钢整个冷却过程中的线膨胀曲线，从中可以看到发生了两次马氏体相变。第一次马氏体相变的开始温度等于M_s，在330℃保温过程中，由于未转变奥氏体碳含量增加，稳定性提高，导致第二次马氏体相变的开始温度低于保温温度。图3所示为热处理后T92钢的室温透射电镜照片，其中(a)为保温15min的试样，(b)为保温25min的试样。从图中可以看到两个试样中均产生了细小的板条马氏体，板条宽度平均为0.19μm和0.18μm。

实施例2：

从T92钢管中截取试样，并进行如下亚稳两相区二次热处理工艺：试样从室温加热至奥氏体区；然后以4℃/s的冷却速度，从奥氏体化温度冷却至330℃；以10℃/s的加热速度加热至500℃；将试样在500℃分别保温15min和25min；最后以4℃/s的冷却速度，将两个试样从500℃降至室温。

图4所示为本实施例中T92铁素体耐热钢整个冷却过程中的线膨胀曲线，从中可以看到发生了两次马氏体相变。第一次马氏体相变的开始温度等于M_s，在500℃保温过程中，由于未转变奥氏体碳含量增加，稳定性提高，导致第二次马氏体相变的开始温度低于保温温度，同时也低于实施例1中第二次马氏体相变的开始温温度，这是由于保温温度越高，碳的再分配速率越快，导致未转变奥氏体含碳量更高，更稳定。图5所示为热处理后T92钢的室温透射电镜照片，其中(a)为保温15min的试样，(b)为保温25min的试样。从图中可以看到两个试样中均产生了细小的板条马氏体，板条宽度约为0.16μm和0.15μm，板条宽度比实施例1中的更小，这也是由于保温温度升高所导致的。同时在500℃保温25min的试样中发现了超细的板条马氏体，其板条宽度小于50nm，如图6(a)、(b)所示。

实施例3：

本实施例用T92铁素体耐热钢的马氏体相变开始温度M_s为400℃，马氏体相变结束温M_f为220℃。从T92钢管中截取试样，并进行如下亚稳两相区热处理工艺：将试样从室温加热至奥氏体区；然后开始以20℃/s的冷却速度，从奥氏体化温度冷却至330℃；将试样在330℃分别保温15min和25min；然后以30℃/s的加热速率加热至420℃，保温20min以后以50℃/s的冷却速度，将两个试样降至室温。

经上述亚稳两相区二次热处理以后，两个试样中均产生了细小的板条马氏体，板条宽度平均为0.17μm和0.14μm。

实施例4：

本实施例用T92铁素体耐热钢的马氏体相变开始温度M_s为400℃，马氏体相变结束温M_f为220℃。从T92钢管中截取试样，并进行如下亚稳两相区热处理工艺：将试样从室温加热至奥氏体区；然后开始以11℃/s的冷却速度，从奥氏体化温度冷却至330℃；将试样在330℃分别保温20min；然后以10℃/s的加热速率加热至440℃，保温30min以后以40℃/s的冷却速度，将两个试样降至室温。

经上述亚稳两相区二次热处理以后，T92铁素体耐热钢试样中板条马氏体的平均宽度为0.17μm。

实施例5：

本实施例用T92铁素体耐热钢的马氏体相变开始温度M_s为400℃，马氏体相变结束温M_f为220℃。从T92钢管中截取试样，并进行如下亚稳两相区热处理工艺：将试样从室温加热至奥氏体区；然后开始以11℃/s的冷却速度，从奥氏体化温度冷却至345℃；将试样在330℃分别保温20min；然后以30℃/s的加热速率加热至460℃，保温15min以后以40℃/s的冷却速度，将两个试样降至室温。

经上述亚稳两相区二次热处理以后，T92铁素体耐热钢试样中板条马氏体的平均宽度为0.18μm。

Claims (2)

1.一种T92钢亚稳两相区二次热处理细化马氏体板条的方法，其特征是步骤如下：

1)以4～20℃/s的冷却速度，将试样从奥氏体化温度冷却至马氏体相变开始温度与结束温度之间的任意温度T₁，并在该温度保温5-30min；

2)将保温后的试样以10～50℃/s的加热速度加热至高于马氏体相变开始温度的T₂，并在此温度T₂保温5～30min；

3)将保温后的试样以4～50℃/s的冷却速度，将试样冷却至室温。

2.如权利要求1所述的方法，其体制是所述的步骤2)的高于马氏体相变开始温度的T₂为：马氏体相变开始温度+5℃≤T₂≤马氏体相变开始温度+100℃。