CN108588351B - 一种改善马氏体耐热钢回火脆性的热处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改善马氏体耐热钢回火脆性的热处理工艺，通过回火工艺控制碳化物析出，无需繁琐复杂的工艺调整，即可使马氏体耐热钢强韧性提高，避免其回火脆性。马氏体耐热钢强韧性得以提高，回火脆性得以改善或修复的主要原因为：(1)M23C6碳化物稳定化；(2)马氏体板条进一步回复；(3)MX、M2X、M7C3及M6C等碳氮化物的弥散析出强化作用。在三方面共同作用下，抑制裂纹成核、生长及扩展，最终使得马氏体耐热钢的强韧性得到提高。该工艺成本低、效率高，效益明显，还可实现废料再利用之目的。

Description

一种改善马氏体耐热钢回火脆性的热处理工艺
技术领域
本发明属于耐热钢技术领域，涉及一种改善马氏体耐热钢回火脆性的热处理工艺。
背景技术
马氏体耐热钢通常含有9～14％的Cr元素，为进一步提高其强韧性和高温持久性能，在此基础上添加少量Ni、Mo、Mn、Si、V、Nb、W等合金元素，形成马氏体耐热钢系列。其中，应用最广泛的为Cr12Ni系列马氏体耐热钢，该钢种淬火后硬度较高，实施不同回火工艺，具有不同强韧性组合；主要用于电站锅炉领域，如蒸汽轮机叶片、转子、蒸汽锅炉本体、阀门、再热体、高温蒸汽管道、气缸等高温工作部件，具有较好的高温持久强度和耐腐蚀性。
Cr12Ni系列马氏体耐热钢由于合金元素种类较多，通过淬回火工艺，可使不同类型的碳氮化合物由基体中析出。当碳氮化合物以弥散状分布于马氏体基体时，可显著增强马氏体耐热钢的强韧性。然而，当回火工艺控制不当，在马氏体板条界面或原奥氏体晶界析出硬而脆的薄片状碳化物，如M23C6时，会显著削弱晶界间的结合力，成为裂纹扩展快速通道，从而显著降低钢材韧性，导致回火脆性。回火脆性发生于一定的温度区间，目前尚无更好工艺予以避免。通常，通过实验测定其回火脆性温度区间T脆，在具体工艺中尽量避免在T脆温度范围对工件进行回火处理。在实际生产中，T脆范围并不固定，会随着加工工艺与合金成分的改变而发生变化。一旦发生回火脆性将造成工件报废，从而造成较大经济损失，因此，如何避免回火脆性就显得非常重要。
发明内容
本发明解决的问题在于提供一种可改善马氏体耐热钢回火脆性的热处理工艺，通过回火工艺控制碳化物析出，以达到提高其强韧性和废料再利用的目的，提高使用率和经济效益。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种改善马氏体耐热钢回火脆性的热处理工艺，包括以下操作：
1)对于已经产生回火脆性的马氏体耐热钢，通过重新对其进行回火处理，回火温度保持在T脆+30～70℃，回火保温时间为2～4小时，促使M23C6碳化物稳定化，使MX、M2X、M7C3及M6C碳氮化物弥散析出；
2)对于尚未进行回火的马氏体耐热钢，当T脆温度无法避开时，采用以下两种方式来保证马氏体耐热钢的强韧性：
(a)将马氏体耐热钢在T脆的保温时间延长至4～6小时，促使马氏体板条回复和碳氮化物的弥散析出；
或者，(b)先对马氏体耐热钢在T脆+50℃进行回火，并保温0.5～1小时，之后在降温至T脆进行保温2～4小时，避免在该温度下产生回火脆性。
所述的马氏体耐热钢为Cr12Ni系列的马氏体耐热钢。
所述的Cr12Ni系列的马氏体耐热钢包括：1Cr12WMoV、X12CrMoWVNb、20Cr12Ni2MoNbB。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供的可改善马氏体耐热钢回火脆性的热处理工艺，通过回火工艺控制碳化物析出，无需繁琐复杂的工艺调整，即可使马氏体耐热钢强韧性提高，避免其回火脆性。马氏体耐热钢强韧性得以提高，回火脆性得以改善或修复的主要原因为：(1)M23C6碳化物稳定化；(2)马氏体板条进一步回复；(3)MX、M2X、M7C3及M6C等碳氮化物的弥散析出强化作用。在三方面共同作用下，抑制裂纹成核、生长及扩展，最终使得马氏体耐热钢的强韧性得到提高。该工艺成本低、效率高，效益明显，还可实现废料再利用之目的。
附图说明
图1马氏体耐热钢扫描电子显微图片。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
由于Cr12Ni系列马氏体耐热钢回火脆性具有不可逆性，针对Cr12Ni系列马氏体耐热钢回火脆性问题，本发明提供一种可改善或修复Cr12Ni系列马氏体耐热钢回火脆性的热处理工艺。但该工艺并不限定于该钢种，具体工艺可分两类：
1)对于已经产生回火脆性的马氏体耐热钢，通过重新对其进行回火处理，回火温度保持在T脆+30～70℃，回火保温时间为2～4小时，促使M23C6碳化物稳定化，使MX、M2X、M7C3及M6C等碳氮化物弥散析出(参加图1)，使马氏体板条回复，阻碍了裂纹扩展，最终使得马氏体耐热钢的韧性显著提高，性能得到修复，达到废料再利用和提高经济效益的目的。
2)对于尚未进行回火的10Cr12Ni系列马氏体耐热钢，当T脆温度无法避开时，采用以下两种方法以保证马氏体耐热钢的强韧性：
(a)将马氏体耐热钢在T脆的保温时间延长至4～6小时，促使马氏体板条回复和碳氮化物的弥散析出，提高其强韧性，避免该温度回火脆性的产生。
(b)先对马氏体耐热钢在T脆+50℃进行回火，并保温0.5～1小时，之后在降温至T脆进行保温2～4小时，从而避免在该温度下产生回火脆性。由于回火温度并无显著提高，该工艺使马氏体耐热钢韧性改善的同时也保持较高的强度和硬度，性能达到预期要求。
马氏体耐热钢强韧性得以提高，回火脆性得以改善或修复的主要原因为：(1)M23C6碳化物稳定化；(2)马氏体板条进一步回复；(3)MX、M2X、M7C3及M6C等碳氮化物的弥散析出强化作用。在三方面共同作用下，抑制裂纹成核、生长及扩展，最终使得马氏体耐热钢的强韧性得到提高。
下面以Cr12Ni系列马氏体耐热钢(适用于1Cr12WMoV、X12CrMoWVNb、20Cr12Ni2MoNbB等系列)为例，测定其回火脆性温度为T脆＝620～630℃，根据不同的处理方式，分三组实施案例。
实施例1
处理材料：Cr12Ni2马氏体耐热钢，重量10Kg；
钢锭经高温固溶处理、高温锻造及淬火之后，对坯料进行回火处理。回火温度为620℃，保温2小时。
测试其冲击功为65J，韧性显著降低，并观察到一定量M23C6碳化物颗粒分布于马氏体板条边界，产生回火脆性。
对该脆性样品再次进行回火处理，回火温度提高至650℃，保温3小时。对二次回火之后样品力学性能进行测试，测定其冲击功为115J，硬度为335HBW，抗拉强度917Mpa。同时，通过SEM和TEM可观察到弥散分布的碳氮化物分布于基体中。结果表明，通过二次回火后，冲击韧性明显提高，性能得到修复，硬度和抗力强度也得到保持。
实施例2
处理材料为Cr12Ni2马氏体耐热钢，重量15Kg。
钢锭经高温固溶处理、高温锻造及淬火之后，对坯料进行回火处理。回火温度为630℃，保温5小时。对实施例2工件的力学性能进行测试，冲击功为102J，硬度为340HBW，抗拉强度938Mpa。同时观察到M2X、M7C3等碳化物分布于基体。结果表明，尽管在脆性温度区进行回火，但由于回火时间延长，该样品韧性并无明显降低，性能得到改善，避免回火脆性。
实施例3
处理材料为Cr12Ni2马氏体耐热钢，重量18Kg。
钢锭经高温固溶处理、高温锻造及淬火之后，对坯料进行回火处理。回火温度为660℃，保温1小时，之后降温至625℃保温2小时。对实施例3工件的力学性能进行测试，冲击功为114J，硬度为337HBW，抗拉强度925Mpa。可观察到M2X、M7C3等碳化物分布于基体。结果表明，通过预先回火处理后，后续即使在T脆范围内回火，同样不会产生回火脆性。
以上给出的实施例是实现本发明较优的例子，本发明不限于上述实施例。本领域的技术人员根据本发明技术方案的技术特征所做出的任何非本质的添加、替换，均属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种改善马氏体耐热钢回火脆性的热处理工艺，其特征在于，包括以下操作：
对于尚未进行回火的马氏体耐热钢，当T脆温度无法避开时，采用以下方式来保证马氏体耐热钢的强韧性：
先对马氏体耐热钢在T脆+50℃进行回火，并保温0.5～1小时，之后再降温至T脆进行保温2～4小时，避免在该温度下产生回火脆性。
2.如权利要求1所述的改善马氏体耐热钢回火脆性的热处理工艺，其特征在于，所述的马氏体耐热钢为Cr12Ni系列的马氏体耐热钢。
3.如权利要求2所述的改善马氏体耐热钢回火脆性的热处理工艺，其特征在于，所述的Cr12Ni系列的马氏体耐热钢包括：1Cr12WMoV、X12CrMoWVNb。
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