CN105063291A - 一种提高13Cr9Mo2Co1NiVNbNB锻件冲击性能的热处理方法 - Google Patents

一种提高13Cr9Mo2Co1NiVNbNB锻件冲击性能的热处理方法 Download PDF

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刘其源
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Abstract

本发明涉及一种提高13Cr9Mo2Co1NiVNbNB锻件冲击性能的热处理方法,通过高温正火保证了碳氮化物及各元素充分固溶,使各元素扩散均匀,大大提高了锻件的组织的均匀性。在淬火过程中本发明采用水溶介质或油,有效防止锻件淬火时冷却过快。本发明中将锻件在淬火后介质冷至250~350℃后出介质空冷,防止马氏体转变区间冷却过快,然后将锻件空冷至室温可以使锻件组织充分转变,减少锻件的残余奥氏体,得到均匀的马氏体组织。本发明中对锻件采用第一次回火能消除淬火产生的组织及热应力,析出细小的碳氮化物,在第二次回火时可以消除第一次回火时产生的应力,使第一次回火新产生的马氏体得到回火,提高锻件塑形,还能让碳氮化物充分析出,提高基体性能。

Description

一种提高13Cr9Mo2Co1NiVNbNB锻件冲击性能的热处理方法
技术领域
本发明涉及热处理领域,尤其涉及一种提高13Cr9Mo2Co1NiVNbNB锻件冲击性能的热处理方法。
背景技术
目前,13Cr9Mo2Co1NiVNbNB锻件在热处理过程中,由于13Cr9Mo2Co1NiVNbNB锻件中组织或成分的不均匀以及13Cr9Mo2Co1NiVNbNB锻件中晶粒度过粗,另外13Cr9Mo2Co1NiVNbNB锻件在锻造加热时受高温影响有未融的高温相,使热处理后的13Cr9Mo2Co1NiVNbNB锻件冲击性能过低及不稳定。
发明内容
本申请人针对上述现有问题,进行了研究改进,提供一种结提高13Cr9Mo2Co1NiVNbNB锻件冲击性能的热处理方法,利用本发明方法能使13Cr9Mo2Co1NiVNbNB锻件室温冲击性能稳定,同时能减少同一锻件上不同部位冲击值的差值。
本发明所采用的技术方案如下:
一种提高13Cr9Mo2Co1NiVNbNB锻件冲击性能的热处理方法,包括以下步骤:
第一步:对原材料成分和表面质量进行检验,所述原材料成分为Mo:1.40~1.60、Ni:0.10~0.20、Co:1.10~1.30、V:0.15~0.25、Al:≤0.010、N:0.015~0.030、Nb:0.04~0.06、B:80~110Ppm、Cu≤0.15、As≤0.020、Sb≤0.0015、Sn≤0.015;
第二步:锻造阶段:将原材料经加热、锻造后形成锻件;
第三步:正火:将锻件放入炉温不大于600℃的加热炉中以50~100℃/h的速度升温至1060~1100℃,保温6~15h;然后将终锻温度为1060~1100℃的锻件从加热炉中取出并空冷至室温;
第四步:调质热处理:
淬火:将第三步所得锻件放入炉温不大于600℃的加热炉中以50~100℃速率升温至1070~1100℃,保温3~6h;将温度为1070~1100℃的锻件放至液体介质内,使锻件在液体介质内冷却至250~350℃后,再将锻件从液体介质中取出后空冷至室温;
回火处理:第一回火阶段:将淬火后所得锻件放入回火炉进行第一次回火处理,回火炉的炉温以50~150℃/h的速度加热至560~610℃,保温8~15h后随回火炉冷却至室温;
第二回火阶段:第一回火阶段所得锻件再次放入回火炉中进行第二次回火处理,回火炉的炉温以50~100℃/h的速度加热至680~720℃,保温8~15h后随回火炉冷却至室温。
其进一步技术方案在于:
在第一回火阶段与第二回火阶段中,所述回火炉的炉温不高于500℃;
在调质热处理的淬火节过程中,所述液体介质为水溶介质或油。
本发明的有益效果如下:
本发明中材料采用13Cr9Mo2Co1NiVNbNB超超临界汽轮机用新材料,该新材料为电渣锭,电渣锭的液体补缩条件好,所得锭件缩孔、疏松小、其金属组织和化学组织成份均匀,降低了气体和夹杂物的含量,使材料塑形提高。本发明中通过高温正火保证了碳氮化物及各元素充分固溶,使各元素扩散均匀,锻件基体成分均匀、组织均匀且细小,大大提高了锻件的晶粒度,提高了锻件的冲击性能,在淬火过程中本发明采用水溶介质或油,有效防止锻件淬火时冷却过快,避免其受较大的热应力和组织应力而导致开裂的问题,本发明中将锻件在淬火后水冷至250~350℃后出介质空冷,防止马氏体转变区间冷却过快,造成组织应力过大,从而使锻件产生开裂的问题,将锻件空冷至室温可以使锻件组织充分转变,减少锻件的残余奥氏体,得到均匀的马氏体组织。本发明中对锻件采用第一次回火不仅能消除淬火产生的组织及热应力,析出细小的碳氮化物,同时还能使不稳定的残余奥氏体进入下一次回火,转变为板条马氏体组织,在第二次回火时可以消除第一次回火时产生的应力,使第一次回火新产生的马氏体得到回火,提高锻件塑形,还能让碳氮化物充分析出,提高基体性能,碳氮化物分布在塑形较好的基体上,得到塑韧性良好匹配的组织。
附图说明
图1为本发明中锻件在高温正火时的温度曲线示意图。
图2为本发明中锻件在淬火时的温度曲线示意图。
图3为本发明中锻件在第一次回火时的温度曲线示意图。
图4为本发明中锻件在第二次回火时的温度曲线示意图。
具体实施方式
下面结合附图,说明本发明的具体实施方式。
实施俐1
如图1所示,一种提高13Cr9Mo2Co1NiVNbNB锻件冲击性能的热处理方法,包括以下步骤:
第一步:对原材料成分和表面质量进行检验,原材料成份表如下表所示:
上述材料采用13Cr9Mo2Co1NiVNbNB超超临界汽轮机用新材料,该新材料为电渣锭,电渣锭的液体补缩条件好,所得锭件缩孔、疏松小、其金属组织和化学组织成份均匀,降低了气体和夹杂物的含量,使材料塑形提高。
第二步:锻造阶段:将原材料经加热、锻造后形成锻件,该锻造过程包括墩粗、冲孔、辗环等步骤,上述墩粗、冲孔及辗环为已有公知技术。
第三步:正火:将锻件放入炉温不大于600℃的加热炉中以50℃/h的速度升温至1060℃,保温6h;然后将终锻温度为1060℃的锻件从加热炉中取出并空冷至室温。通过高温正火保证了碳氮化物及各元素充分固溶,使各元素扩散均匀,锻件基体成分均匀、组织均匀且细小,大大提高了锻件的晶粒度,提高了锻件的冲击性能,在淬火过程中本发明采用水溶介质或油,有效防止锻件淬火时冷却过快,避免其受较大的热应力和组织应力而导致开裂的问题。
第四步:调质热处理:
如图2所示,淬火:将第三步所得锻件放入炉温不大于600℃的加热炉中以50℃速率升温至1070℃,保温3h;将温度为1070℃的锻件放至液体介质内,使锻件在液体介质内冷却至250℃后,再将锻件从液体介质中取出后空冷至室温。上述液体介质为水溶介质或油。将锻件在淬火后水冷至250℃后出介质空冷,防止马氏体转变区间冷却过快,造成组织应力过大,从而使锻件产生开裂的问题,然后将锻件空冷至室温可以使锻件组织充分转变,减少锻件的残余奥氏体,得到均匀的马氏体组织。
回火处理:如图3所示,第一回火阶段:将淬火后所得锻件放入回火炉进行第一次回火处理,回火炉的炉温以50℃/h的速度加热至560℃,保温8h后随回火炉冷却至室温;对锻件采用第一次回火不仅能消除淬火产生的组织及热应力,析出细小的碳氮化物,同时还能使不稳定的残余奥氏体进入下一次回火,转变为板条马氏体组织。
第二回火阶段:如图4所示,第一回火阶段所得锻件再次放入回火炉中进行第二次回火处理,回火炉的炉温以50℃/h的速度加热至680℃,保温8h后随回火炉冷却至室温。在第二次回火时可以消除第一次回火时产生的应力,使第一次回火新产生的马氏体得到回火,提高锻件塑形,还能让碳氮化物充分析出,提高基体性能,碳氮化物分布在塑形较好的基体上,得到塑韧性良好匹配的组织。在上述第一回火阶段与第二回火阶段中,回火炉的炉温不高于500℃。
实施俐2:
如图1所示,一种提高13Cr9Mo2Co1NiVNbNB锻件冲击性能的热处理方法,包括以下步骤:
第一步:原材料成份及表面质量检验,原材料成份表如下表所示:
上述材料采用13Cr9Mo2Co1NiVNbNB超超临界汽轮机用新材料,该新材料为电渣锭,电渣锭的液体补缩条件好,所得锭件缩孔、疏松小、其金属组织和化学组织成份均匀,降低了气体和夹杂物的含量,使材料塑形提高。
第二步:锻造阶段:将原材料经加热、锻造后形成锻件,该锻造过程包括墩粗、冲孔、辗环等步骤,上述墩粗、冲孔及辗环为已有公知技术。
第三步:正火:将锻件放入炉温不大于600℃的加热炉中以100℃/h的速度升温至1100℃,保温8h;然后将终锻温度为1100℃的锻件从加热炉中取出并空冷至室温。通过高温正火保证了碳氮化物及各元素充分固溶,使各元素扩散均匀,锻件基体成分均匀、组织均匀且细小,大大提高了锻件的晶粒度,提高了锻件的冲击性能,在淬火过程中本发明采用水溶介质或油,有效防止锻件淬火时冷却过快,避免其受较大的热应力和组织应力而导致开裂的问题。
第四步:调质热处理:
如图2所示,淬火:将第三步所得锻件放入炉温不大于600℃的加热炉中以100℃速率升温至1100℃,保温6h;将温度为1100℃的锻件放至液体介质内,使锻件在液体介质内冷却至350℃后,再将锻件从液体介质中取出后空冷至室温。上述液体介质为水溶介质或油。将锻件在淬火后水冷至350℃后出介质空冷,防止马氏体转变区间冷却过快,造成组织应力过大,从而使锻件产生开裂的问题,将锻件空冷至室温可以使锻件组织充分转变,减少锻件的残余奥氏体,得到均匀的马氏体组织。
回火处理:如图3所示,第一回火阶段:将淬火后所得锻件放入回火炉进行第一次回火处理,回火炉的炉温以100℃/h的速度加热至610℃,保温15h后随回火炉冷却至室温;对锻件采用第一次回火不仅能消除淬火产生的组织及热应力,析出细小的碳氮化物,同时还能使不稳定的残余奥氏体进入下一次回火,转变为板条马氏体组织。
第二回火阶段:如图4所示,第一回火阶段所得锻件再次放入回火炉中进行第二次回火处理,回火炉的炉温以100℃/h的速度加热至720℃,保温15h后随回火炉冷却至室温。在第二次回火时可以消除第一次回火时产生的应力,使第一次回火新产生的马氏体得到回火,提高锻件塑形,还能让碳氮化物充分析出,提高基体性能,碳氮化物分布在塑形较好的基体上,得到塑韧性良好匹配的组织。在第一回火阶段与第二回火阶段中,回火炉的炉温不高于500℃。
对实施俐1及实施俐2热处理后的锻件进行理化性能测试,其测结果如下:
室温力学性能:抗拉强度:Rm850Mpa,屈服强度Rp0.2:750Mpa,伸长率A(%):18,断面收缩率Z(%):65,冲击功KV270J,HBW250,高温瞬时力学性能(620℃):抗拉强度:Rm≥365Mpa,屈服强度Rp0.2:≥315Mpa,伸长率A(%):≥18,断面收缩率Z(%):≥65,高温持久强度:温度620℃,应力220Mpa,断裂时间≥500h,伸长率≥15%。由上述测试结果可知,利用本发明方法所得锻件塑形能力强,通过让碳氮化物充分析出,提高基体性能,碳氮化物分布在塑形较好的基体上,得到塑韧性良好匹配的组织,使锻件的冲击性能大大提高。
以上描述是对本发明的解释,不是对发明的限定,本发明所限定的范围参见权利要求,在不违背本发明的基本结构的情况下,本发明可以作任何形式的修改。

Claims (3)

1.一种提高13Cr9Mo2Co1NiVNbNB锻件冲击性能的热处理方法,其特征在于包括以下步骤:
第一步:对原材料成分和表面质量进行检验,所述原材料成分为Mo:1.40~1.60、Ni:0.10~0.20、Co:1.10~1.30、V:0.15~0.25、Al:≤0.010、N:0.015~0.030、Nb:0.04~0.06、B:80~110Ppm、Cu≤0.15、As≤0.020、Sb≤0.0015、Sn≤0.015;
第二步:锻造阶段:将原材料经加热、锻造后形成锻件;
第三步:正火:将锻件放入炉温不大于600℃的加热炉中以50~100℃/h的速度升温至1060~1100℃,保温6~15h;然后将终锻温度为1060~1100℃的锻件从加热炉中取出并空冷至室温;
第四步:调质热处理:
淬火:将第三步所得锻件放入炉温不大于600℃的加热炉中以50~100℃速率升温至1070~1100℃,保温3~6h;将温度为1070~1100℃的锻件放至液体介质内,使锻件在液体介质内冷却至250~350℃后,再将锻件从液体介质中取出后空冷至室温;
回火处理:第一回火阶段:将淬火后所得锻件放入回火炉进行第一次回火处理,回火炉的炉温以50~150℃/h的速度加热至560~610℃,保温8~15h后随回火炉冷却至室温;
第二回火阶段:第一回火阶段所得锻件再次放入回火炉中进行第二次回火处理,回火炉的炉温以50~100℃/h的速度加热至680~720℃,保温8~15h后随回火炉冷却至室温。
2.如权利要求1所述的一种提高13Cr9Mo2Co1NiVNbNB锻件冲击性能的热处理方法,其特征在于:在第一回火阶段与第二回火阶段中,所述回火炉的炉温不高于500℃。
3.如权利要求1所述的一种提高13Cr9Mo2Co1NiVNbNB锻件冲击性能的热处理方法,其特征在于:在调质热处理的淬火节过程中,所述液体介质为水溶介质或油。
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CB02 Change of applicant information

Address after: 214161 lakes in Jiangsu province Wuxi City foreshore Hu Dai Industrial Zone North Road joint resettlement

Applicant after: Wuxi Parker new materials Polytron Technologies Inc

Address before: 214161 lakes in Jiangsu province Wuxi City foreshore Hu Dai Industrial Zone North Road No. 22 joint resettlement

Applicant before: Wuxi Paike Heavy Casting and Forging Co., Ltd.

COR Change of bibliographic data
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20151118