CN108913855A - 一种马氏体耐热钢的强韧化处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种马氏体耐热钢的强韧化处理工艺，本发明提供一种马氏体耐热钢强韧化处理工艺，该工艺分为高温固溶处理、高温锻造、淬火和两阶段回火四个主要步骤。本发明将高温锻造与两阶段回火工艺相结合，通过控制碳化物(种类、大小、形貌及分布)与马氏体板条的回复程度，取得了弥散强化和细晶强化双重效果，避免回火脆性，获得马氏体耐热钢最优化的强韧性配合。

Description

一种马氏体耐热钢的强韧化处理工艺
技术领域
本发明属于耐热钢技术领域，涉及一种马氏体耐热钢的强韧化处理工艺。
背景技术
马氏体耐热钢是一种热强性耐热钢，通常含较高Cr元素，主要应用于发电站汽轮机的叶片、转子等重要零件。作为发电设备关键部件，汽轮机所处工况复杂，长时间服役于高温环境，并承受持续的离心力，在电力调峰时频繁启停，承受多频次冲击。因此，对马氏体耐热钢的高温持久强度、韧性和蠕变强度提出了很高要求。为实现高效、节能、环保的发电能力，提高热效率，超超临界汽轮机工作温度和压力进一步提高(主蒸汽温度超过600℃，主蒸汽压力超过28MPa)，对马氏体耐热钢的性能提出新的挑战。
通常情况下，对淬火后的马氏体耐热钢进行高温回火，通过在马氏体基体上析出碳化物，可显著增强钢材的强度和抗蠕变性能。然而，碳化物的形貌、分布及种类都不易控制。例如，在马氏体基体上析出细小的、均匀分布的M2C型和M7C3型碳化物时，可提高马氏体耐热钢的强度、韧性和高温持久性能。而当马氏体或原奥氏体晶界上大量析出M23C6型碳化物时，则会使马氏体耐热钢的脆性增大。同时，回火工艺控制不当，极易出现回火脆性，导致马氏体耐热钢的韧性显著降低。
发明内容
本发明解决的问题在于提供一种马氏体耐热钢的强韧化处理工艺，通过调整马氏体耐热钢的热处理工艺，控制碳化物的形貌、分布与种类，在提高马氏体耐热钢高温持久强度的同时又避免了回火脆性，可显著改善马氏体耐热钢的韧性，提高其在高温下的蠕变断裂强度。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种马氏体耐热钢的强韧化处理工艺，包括以下操作：
1)高温固溶处理：将马氏体耐热钢工件加热到1080～1130℃，保温60～90分钟，使碳化物及合金元素完全溶解，获得单相奥氏体组织；
2)高温锻造：保温完成之后立即对工件进行高温锻造，锻造比为3～8，终锻温度区间为1100～920℃，获得致密细小的奥氏体组织；
3)淬火处理：将终锻后工件快速淬火冷却至室温，获得马氏体组织，淬火介质采用热水或热油；
4)两阶段回火处理：淬火后立即对工件进行回火处理，第一阶段回火温度为620～670℃，保温1～2小时；之后升温至670～730℃进行第二阶段回火，保温2～4小时，以获得弥散分布的碳化物；
5)回火处理之后的冷却：炉冷至450℃，450℃之后空冷至室温，冷速控制在15-25℃/S之间。
所述的淬火处理中，冷速控制在150-200℃/S之间。
所述的淬火介质中的热水为水温高于90℃的纯水或盐水；
所述的热油为油温高于60℃的淬火油。
通过两阶段回火工艺处理对碳化物的种类、大小、形貌及分布进行控制：
第一阶段回火：析出细小分布的MX、M7C3型碳化物，均匀分布于马氏体板条中，取得弥散强化效果；
第二阶段回火：MX、M7C3型碳化物碳化物数量进一步增多，同时伴随少量M23C6型碳化物分布于原奥氏体晶界，马氏体板条得到一定程度回复。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供的一种马氏体耐热钢的强韧化处理工艺，将高温锻造与两阶段回火工艺相结合，通过控制碳化物(种类、大小、形貌及分布)与马氏体板条的回复程度，取得了弥散强化和细晶强化双重效果，避免回火脆性，获得马氏体耐热钢最优化的强韧性配合。
本发明的主要特点为：(1)通过高温固溶处理，保证碳化物完全固溶和合金元素的有效性，获得成分、组织均一的单相奥氏体组织；(2)通过高温锻造，获得晶粒细小、组织均匀致密的奥氏体，为马氏体耐热钢的强韧化做组织准备；(3)通过两阶段回火处理，精确控制碳化物析出(种类、大小、形态和分布)与马氏体板条的回复程度，最终获得组织细小均匀，弥散分布的碳化物和晶粒细小的马氏体板条，在弥散强化与细晶强化共同作用下，获得了具有极高韧性和一定强度的马氏体耐热钢。
附图说明
图1为马氏体耐热钢强韧化处理工艺；
图2为马氏体耐热钢扫描电子显微(SEM)图；
图3为马氏体耐热钢透射电子显微(TEM)图。
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。
本发明提供一种马氏体耐热钢强韧化处理工艺，该工艺分为高温固溶处理、高温锻造、淬火和两阶段回火四个主要步骤。该工艺适用于超超临界汽轮机组的叶片、转子等关键零部件的强韧化处理，可显著提高其在高温下的服役性能。
本发明所指马氏体耐热钢指含碳量0.1～0.2％，含铬量9～14％，同时含有少量其它元素(如Ni、Mo、Mn、N等)的低碳高合金钢。
参见图1，一种马氏体耐热钢强韧化处理工艺，包括以下操作：
1)高温固溶处理：将马氏体耐热钢加热到1080～1130℃，保温60～90分钟，使碳化物及合金元素完全溶解，获得单相奥氏体组织；
2)高温锻造：保温之后立即对工件进行高温锻造，锻造比为3～8，终锻温度区间为1100～920℃，获得致密细小的奥氏体组织；
3)淬火处理：将终锻后工件快速淬火冷却至室温，冷速为150～200℃/S，获得马氏体组织(含有少量残余奥氏体)，淬火介质采用热水或热油；
4)两阶段回火处理：淬火后立即对工件进行回火处理，第一阶段回火温度为620～670℃，保温1～2小时，之后升温至670～730℃进行第二阶段回火2-4小时，以获得弥散分布的碳化物，提高了马氏体耐热钢的强韧性。
回火处理之后的冷却：炉冷至450℃，450℃之后空冷，冷速为15-25℃/S。
本发明采用热水或热油作为淬火介质，以防止工件淬火变形开裂。其中，淬火介质“热水”指水温高于90℃的纯水或各种配比的盐水(包括但不限于NaCl水溶液、NaNO3水溶液等)，“热油”指油温高于60℃的各种规格淬火油。
本发明采用高温锻造，锻造比为3～8，以获得细小致密的奥氏体组织，为下阶段淬火细化马氏体组织做预备。
通过两阶段回火工艺对碳化物的种类、大小、形貌及分布进行控制。
第一阶段回火：析出细小分布的M7C3型碳化物，均匀分布于马氏体板条中，取得弥散强化效果，提高马氏体耐热钢的韧性；
第二阶段回火：M7C3型碳化物碳化物数量进一步增多，同时伴随少量M23C6型碳化物分布于原奥氏体晶界，同时，马氏体板条得到一定程度回复，马氏体耐热钢韧性进一步提高。
通过两阶段回火处理，最终获得组织细小均匀，弥散分布的碳化物和晶粒细小的马氏体板条，在弥散强化与细晶强化共同作用下，获得了具有极高韧性和一定强度的马氏体耐热钢。
下面给出具体的实施例。
实施例1
一种马氏体耐热钢强韧化处理工艺，材料为20Cr12Ni2MoNb，钢锭重20Kg，具体处理工艺：
1)钢锭在台车式气氛保护炉中加热至1100℃，保温90分钟进行高温固溶处理，获得单相奥氏体组织；
2)将钢锭由气氛保护炉中取出后进行高温锻造，锻造比为5，终锻温度为950℃；
3)将锻造后坯料淬火至60℃淬火油中，待冷却至室温后取出；
4)对坯料进行两阶段温回火，第一阶段回火温度为630℃，回火保温时间为2小时，第二阶段回火温度为710℃，回火保温时间3小时。
在坯料不同部位分别取样3个，通过金相、扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察分析(图2、图3)，碳化物析出数量较多，呈均匀细小的弥散分布，主要为M7C3型碳化物，同时伴随少量的MX和M23C6型碳化物；马氏体板条得到一定程度回复，呈细小均匀分布。
对实施例1工件的力学性能进行测试，冲击功为：107J，硬度为355HBW，抗拉强度960MPa。
实施例2
一种马氏体耐热钢强韧化处理工艺，材料为10Cr14Ni3MoVN，钢锭重15Kg，具体处理工艺：
1)钢锭在台车式气氛保护炉中加热至1120℃，保温60分钟进行高温固溶处理，获得单相奥氏体组织；
2)将钢锭由气氛保护炉中取出后进行高温锻造，锻造比为7，终锻温度为920℃；
3)将锻造后坯料淬火至60℃淬火油中，待冷却至室温后取出；
4)对坯料进行两阶段温回火，第一阶段回火温度为660℃，回火保温时间为1.5小时，第二阶段回火温度为720℃，回火保温时间4小时。
在坯料不同部位分别取样4个，通过金相、扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察分析，碳化物析出数量较多，呈均匀细小的弥散分布，主要为M7C3型碳化物，同时原奥氏体晶界周围伴随少量的MX和M23C6型碳化物；马氏体板条得到一定程度回复，尺寸较小，呈细小均匀分布。
对实施例2工件的力学性能进行测试，冲击功为：127J，硬度为335HBW，抗拉强度850MPa。
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 (4)

1.一种马氏体耐热钢的强韧化处理工艺，其特征在于，包括以下操作：
1)高温固溶处理：将马氏体耐热钢工件加热到1080～1130℃，保温60～90分钟，使碳化物及合金元素完全溶解，获得单相奥氏体组织；
2)高温锻造：保温完成之后立即对工件进行高温锻造，锻造比为3～8，终锻温度区间为1100～920℃，获得致密细小的奥氏体组织；
3)淬火处理：将终锻后工件快速淬火冷却至室温，获得马氏体组织，淬火介质采用热水或热油；
4)两阶段回火处理：淬火后立即对工件进行回火处理，第一阶段回火温度为620～670℃，保温1～2小时；之后升温至670～730℃进行第二阶段回火，保温2～4小时，以获得弥散分布的碳化物；
5)回火处理之后的冷却：炉冷至450℃，450℃之后空冷至室温，冷速控制在15-25℃/S之间。
2.如权利要求1所述的马氏体耐热钢的强韧化处理工艺，其特征在于，所述的淬火处理中，冷速控制在150-200℃/S之间。
3.如权利要求1所述的马氏体耐热钢的强韧化处理工艺，其特征在于，所述的淬火介质中的热水为水温高于90℃的纯水或盐水；
所述的热油为油温高于60℃的淬火油。
4.如权利要求1所述的马氏体耐热钢的强韧化处理工艺，其特征在于，通过两阶段回火工艺处理对碳化物的种类、大小、形貌及分布进行控制：
第一阶段回火：析出细小分布的MX、M7C3型碳化物，均匀分布于马氏体板条中，取得弥散强化效果；
第二阶段回火：MX、M7C3型碳化物碳化物数量进一步增多，同时伴随少量M23C6型碳化物分布于原奥氏体晶界，马氏体板条得到一定程度回复。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111455146A (zh) * 2020-05-06 2020-07-28 西京学院 一种低合金马氏体钢强韧化处理方法及马氏体钢
CN114032472A (zh) * 2021-11-02 2022-02-11 西京学院 一种新型无钴马氏体时效钢及其强韧化处理工艺
CN115612945A (zh) * 2022-11-02 2023-01-17 鞍钢集团北京研究院有限公司 一种实现新型马氏体叶片钢强韧性匹配的热处理方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5911842A (en) * 1996-05-07 1999-06-15 Hitachi, Ltd. Heat resisting steel and steam turbine rotor shaft and method of making thereof
CN102703821A (zh) * 2012-01-19 2012-10-03 刘仕爽 一种烧结机篦条用耐热钢的热处理工艺
CN103614524A (zh) * 2013-12-09 2014-03-05 钢铁研究总院 一种获得马氏体耐热钢高持久性能的热处理方法
CN107130185A (zh) * 2017-06-13 2017-09-05 中国科学院合肥物质科学研究院 一种新型弥散强化低活化耐辐照马氏体钢及其热处理工艺

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5911842A (en) * 1996-05-07 1999-06-15 Hitachi, Ltd. Heat resisting steel and steam turbine rotor shaft and method of making thereof
CN102703821A (zh) * 2012-01-19 2012-10-03 刘仕爽 一种烧结机篦条用耐热钢的热处理工艺
CN103614524A (zh) * 2013-12-09 2014-03-05 钢铁研究总院 一种获得马氏体耐热钢高持久性能的热处理方法
CN107130185A (zh) * 2017-06-13 2017-09-05 中国科学院合肥物质科学研究院 一种新型弥散强化低活化耐辐照马氏体钢及其热处理工艺

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
杨钢 等: "热处理对耐热钢X12CrMoWVNbN10-1-1力学性能的影响", 《特殊钢》 *
龚志华: "热处理工艺对叶片用KT5331钢组织和性能的影响", 《金属热处理》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111455146A (zh) * 2020-05-06 2020-07-28 西京学院 一种低合金马氏体钢强韧化处理方法及马氏体钢
CN111455146B (zh) * 2020-05-06 2023-02-28 西京学院 一种低合金马氏体钢强韧化处理方法及马氏体钢
CN114032472A (zh) * 2021-11-02 2022-02-11 西京学院 一种新型无钴马氏体时效钢及其强韧化处理工艺
CN114032472B (zh) * 2021-11-02 2023-02-07 西京学院 一种无钴马氏体时效钢及其强韧化处理工艺
CN115612945A (zh) * 2022-11-02 2023-01-17 鞍钢集团北京研究院有限公司 一种实现新型马氏体叶片钢强韧性匹配的热处理方法

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