CN109517953B - 平衡和改善1Cr12Ni3Mo2VNbN叶片钢冲击韧性和Rp0.02的热处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及平衡和改善1Cr12Ni3Mo2VNbN叶片钢冲击韧性和Rp0.02的热处理方法,所述方法为:将经过淬火处理后的1Cr12Ni3Mo2VNbN叶片钢升温至580‑620℃并保温,保温完成后快速冷却;将冷却后的叶片钢升温至530‑550℃并保温,保温完成后缓慢冷却。本发明通过对淬火后的1Cr12Ni3Mo2VNbN叶片钢进行两次回火处理,并调整其温度及冷却工艺,使其在同时满足冲击值≥35J,Rp0.02≥866Mpa要求的前提下,韧性和强度相对有了进一步的改善,实现了同时平衡和改善1Cr12Ni3Mo2VNbN叶片钢冲击韧性和Rp0.02的目的,具有良好的应用前景。

Description

平衡和改善1Cr12Ni3Mo2VNbN叶片钢冲击韧性和Rp0.02的热 处理方法
技术领域
本发明涉及透平叶片的热处理工艺领域,具体涉及马氏体不锈钢透平叶片的热处理工艺领域,尤其涉及一种平衡和改善1Cr12Ni3Mo2VNbN叶片钢冲击韧性和Rp0.02的热处理方法。
背景技术
透平叶片是透平机械(如汽轮机、燃气轮机、水轮机等)中用以引导流体按一定方向流动,并推动转子旋转的重要部件。装在壳体上的叶片称静叶片或导叶,装在转子上的叶片称为动叶片。1Cr12Ni3Mo2VN是含铬、镍、钼、钒、氮的马氏体不锈耐热钢,具有良好的韧性和较高的强度,并有好的耐蚀性,常用做超临界机组叶片。
相对于小叶片而言,较大的透平叶片应用条件更为苛刻,因此对其强度和韧性都有较高的要求。目前,1Cr12Ni3Mo2VNbN叶片钢的冲击值要求≥35J,Rp0.02≥866Mpa。而现有技术在对1Cr12Ni3Mo2VNbN叶片钢进行热加工后,得到的工件往往难以同时满足上述冲击韧性和强度的要求,导致工件不合格。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供了平衡和改善1Cr12Ni3Mo2VNbN叶片钢冲击韧性和Rp0.02的热处理方法,使1Cr12Ni3Mo2VNbN叶片钢在同时满足冲击值≥35J,Rp0.02≥866Mpa要求的前提下,其韧性和强度相对有了进一步的改善,有效提高了1Cr12Ni3Mo2VNbN锻件性能的合格率。
为达到此目的,本发明提供以下技术方案:
本发明提供了平衡和改善1Cr12Ni3Mo2VNbN叶片钢冲击韧性和Rp0.02的热处理方法,所述方法包括以下步骤:
(1)将经过淬火处理后的1Cr12Ni3Mo2VNbN叶片钢升温至580-620℃并保温,保温完成后快速冷却;
(2)将步骤(1)冷却后的叶片钢升温至530-550℃并保温,保温完成后缓慢冷却。
本发明对淬火后的1Cr12Ni3Mo2VNbN叶片钢进行二次回火处理,第一回火在高温下(580-620℃)进行,配合急冷的方式,减少了回火冷却过程中第二相的析出,进而降低了材料脆性,提高了一次回火后的冲击韧性。第二次回火在低温下(530-550℃)进行,回火结束后缓慢冷却,这种方式能够在保证第一次回火得到的韧性满足要求的前提下,牺牲掉部分韧性,适当提高了材料的规定非比例延伸强度(Rp0.02)。上述两次回火结合,使1Cr12Ni3Mo2VNbN叶片钢在同时满足冲击值≥35J,Rp0.02≥866Mpa要求的前提下,其韧性和强度相对有了进一步的改善,实现了同时平衡和改善1Cr12Ni3Mo2VNbN叶片钢冲击韧性和Rp0.02的目的。
根据本发明,步骤(1)中第一次回火处理的温度为580-620℃,例如可以是580℃、585℃、590℃、595℃、600℃、605℃、610℃、615℃或620℃,以及上述数值之间的具体点值,限于篇幅及出于简明的考虑,本发明不再穷尽列举。
上述第一次回火处理的温度是本发明的关键,当上述第一次回火处理的温度过高(>620℃)时,会导致Rm(抗拉强度)和Rp0.02不合格;当第一次回火处理的温度过低(<580℃)时,则会导致冲击韧性不合格。
根据本发明,步骤(1)所述保温的时间为3-6h,例如可以是3h、3.5h、4h、4.5h、5h、5.5h或6h,以及上述数值之间的具体点值,限于篇幅及出于简明的考虑,本发明不再穷尽列举。
根据本发明,步骤(1)所述快速冷却的方式为风冷、油冷或水冷中的任意一种。
当步骤(1)中采用缓慢冷却的方式进行冷却时,会导致冲击韧性不合格。
根据本发明,步骤(2)中第二次回火处理的温度为530-550℃,例如可以是530℃、533℃、535℃、538℃、540℃、543℃、545℃、548℃或550℃,以及上述数值之间的具体点值,限于篇幅及出于简明的考虑,本发明不再穷尽列举。
上述第二次回火处理的温度同样是本发明的关键,当回火温度过高(>550℃)时会导致Rp0.02不合格,会;当回火温度过低(<530℃)时,则会导致冲击韧性不合格。
根据本发明,步骤(2)所述保温的时间为3-6h,例如可以是3h、3.5h、4h、4.5h、5h、5.5h或6h,以及上述数值之间的具体点值,限于篇幅及出于简明的考虑,本发明不再穷尽列举。
根据本发明,步骤(2)所述缓慢冷却的方式为随炉冷却或出炉在空气中自然冷却,除此之外,也可先随炉冷却一段时间后再出炉进行空冷,应根据实际情况进行选择。
当步骤(2)中采用急速冷却的方式进行冷却时,会导致Rp0.02不合格。
根据本发明,步骤(1)所述淬火处理的温度为1010-1070℃,例如可以是1010℃、1020℃、1030℃、1040℃、1050℃、1060℃或1070℃,以及上述数值之间的具体点值,限于篇幅及出于简明的考虑,本发明不再穷尽列举。
根据本发明,步骤(1)所述淬火处理的时间为1.5-2.5h,例如可以是1.5h、1.6h、1.7h、1.8h、1.9h、2.0h、2.1h、2.2h、2.3h、2.4h或2.5h,以及上述数值之间的具体点值,限于篇幅及出于简明的考虑,本发明不再穷尽列举。
根据本发明,步骤(1)所述淬火处理的冷却方式为风冷、油冷或水冷中的任意一种。
作为优选的技术方案,本发明所述平衡和改善1Cr12Ni3Mo2VNbN叶片钢冲击韧性和Rp0.02的热处理方法包括以下步骤:
(1)将1Cr12Ni3Mo2VNbN叶片钢升温至1010-1070℃并保温1.5-2.5h,保温结束后风冷、油冷或水冷至室温;
(2)将步骤(1)经过淬火处理后的1Cr12Ni3Mo2VNbN叶片钢升温至580-620℃并保温3-6h,保温完成后出炉风冷、油冷或水冷至室温;
(3)将步骤(2)冷却后的叶片钢升温至530-550℃并保温3-6h,保温完成后随炉冷却或出炉在空气中自然冷却。
与现有技术相比,本发明至少具有以下有益效果:
本发明通过对淬火后的1Cr12Ni3Mo2VNbN叶片钢进行两次回火处理,并调整其温度及冷却工艺,使1Cr12Ni3Mo2VNbN叶片钢在同时满足冲击值≥35J,Rp0.02≥866Mpa要求的前提下,其韧性和强度相对有了进一步的改善,实现了同时平衡和改善1Cr12Ni3Mo2VNbN叶片钢冲击韧性和Rp0.02的目的,提高了锻件的合格率,具有良好的应用前景。
具体实施方式
为便于理解本发明,本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了,所述实施例仅仅是帮助理解本发明,不应视为对本发明的具体限制。
本发明具体实施方式部分所述淬火处理的工艺为:将1Cr12Ni3Mo2VNbN叶片钢升温至1010-1070℃并保温1.5-2.5h,保温结束后风冷、油冷或水冷至室温。
出于统一的考虑,各实施例和对比例均采用在1010℃下保温2.5h后风冷处理得到的1Cr12Ni3Mo2VNbN叶片钢进行后续回火处理。
以下为本发明典型但非限制的实施例。
实施例1
本实施例提供了一种平衡和改善1Cr12Ni3Mo2VNbN叶片钢冲击韧性和Rp0.02的热处理方法,所述方法为:
(1)将经过淬火处理后的1Cr12Ni3Mo2VNbN叶片钢均匀放于通用的回火料筐内,再将所述回火料筐放入回火炉内随炉升温至580℃并保温6h,保温完成后出炉风冷至室温;
(2)将步骤(1)冷却后的叶片钢均匀放回回火料筐内,再将所述回火料筐放入回火炉内随炉升温至530℃并保温6h,保温完成后出炉在空气中自然冷却。
实施例2
本实施例提供了一种平衡和改善1Cr12Ni3Mo2VNbN叶片钢冲击韧性和Rp0.02的热处理方法,所述方法为:
(1)将经过淬火处理后的1Cr12Ni3Mo2VNbN叶片钢均匀放于通用的回火料筐内,再将所述回火料筐放入回火炉内随炉升温至590℃并保温5h,保温完成后出炉油冷至室温;
(2)将步骤(1)冷却后的叶片钢均匀放回回火料筐内,再将所述回火料筐放入回火炉内随炉升温至540℃并保温5h,保温完成后随炉冷却。
实施例3
本实施例提供了一种平衡和改善1Cr12Ni3Mo2VNbN叶片钢冲击韧性和Rp0.02的热处理方法,所述方法为:
(1)将经过淬火处理后的1Cr12Ni3Mo2VNbN叶片钢均匀放于通用的回火料筐内,再将所述回火料筐放入回火炉内随炉升温至600℃并保温4h,保温完成后出炉水冷至室温;
(2)将步骤(1)冷却后的叶片钢均匀放回回火料筐内,再将所述回火料筐放入回火炉内随炉升温至550℃并保温3h,保温完成后随炉冷却2h后出炉在空气中自然冷却。
实施例4
本实施例提供了一种平衡和改善1Cr12Ni3Mo2VNbN叶片钢冲击韧性和Rp0.02的热处理方法,所述方法为:
(1)将经过淬火处理后的1Cr12Ni3Mo2VNbN叶片钢均匀放于通用的回火料筐内,再将所述回火料筐放入回火炉内随炉升温至620℃并保温3h,保温完成后出炉油冷至室温;
(2)将步骤(1)冷却后的叶片钢均匀放回回火料筐内,再将所述回火料筐放入回火炉内随炉升温至545℃并保温4h,保温完成后出炉在空气中自然冷却。
实施例5
本实施例提供了一种平衡和改善1Cr12Ni3Mo2VNbN叶片钢冲击韧性和Rp0.02的热处理方法,所述方法为:
(1)将经过淬火处理后的1Cr12Ni3Mo2VNbN叶片钢均匀放于通用的回火料筐内,再将所述回火料筐放入回火炉内随炉升温至610℃并保温4h,保温完成后出炉水冷至室温;
(2)将步骤(1)冷却后的叶片钢均匀放回回火料筐内,再将所述回火料筐放入回火炉内随炉升温至535℃并保温4.5h,保温完成后随炉冷却3h后出炉在空气中自然冷却。
对比例1
与实施例1相比,除了去掉步骤(2)以外,其他步骤和条件与实施例1完全相同,即只进行第一次回火。
对比例2
与实施例1相比,除了去掉步骤(1)以外,其他步骤和条件与实施例1完全相同,即只进行第二次回火。
对比例3
与实施例1相比,除了将步骤(1)中回火的温度调整为560℃以外,其他步骤和条件与实施例1完全相同,即第一次回火温度过低。
对比例4
与实施例1相比,除了将步骤(1)中回火的温度调整为640℃以外,其他步骤和条件与实施例1完全相同,即第一次回火温度过高。
对比例5
与实施例1相比,除了将步骤(1)中的冷却方式调整为保温结束后出炉自然冷却外,其他步骤和条件与实施例1完全相同,即第一次回火采用缓慢冷却的方式进行。
对比例6
与实施例1相比,除了将步骤(2)中回火的温度调整为510℃以外,其他步骤和条件与实施例1完全相同,即第二次回火温度过低。
对比例7
与实施例1相比,除了将步骤(2)中回火的温度调整为570℃以外,其他步骤和条件与实施例1完全相同,即第二次回火温度过高。
对比例8
与实施例1相比,除了将步骤(2)中的冷却方式调整为保温结束后风冷外,其他步骤和条件与实施例1完全相同,即第二次回火采用快速冷却的方式进行。
性能测试
对各实施例和对比例经过热处理得到的1Cr12Ni3Mo2VNbN叶片钢进行室温拉伸和室温冲击测试,按照GB/T228和GB/T229中提供的方法进行,测试结果表1所示。
锻件合格率判定标准:抗拉强度Rm≥1266Mpa,规定非比例延伸强度Rp0.02≥866Mpa,冲击功AKV≥35J。
表1
Rm/Mpa Rp0.02/Mpa AKV,J 品质
实施例1 1350 1030 36 合格
实施例2 1320 1010 40 合格
实施例3 1300 980 45 合格
实施例4 1270 870 56 合格
实施例5 1285 950 50 合格
对比例1 1330 830 46 不合格
对比例2 1450 1210 15 不合格
对比例3 1380 1080 28 不合格
对比例4 1200 810 68 不合格
对比例5 1330 1070 28 不合格
对比例6 1350 1080 32 不合格
对比例7 1310 855 42 不合格
对比例8 1330 820 50 不合格
如实施例1-5所示,经过本发明提供的方法对淬火后的1Cr12Ni3Mo2VNbN叶片钢进行热处理后,其抗拉强度、规定非比例延伸强度和冲击功均符合锻件合格率判定标准,且上述性能在满足要求的基础上均有不同程度的提高,达到了同时平衡和改善1Cr12Ni3Mo2VNbN叶片钢冲击韧性和Rp0.02的目的。
如对比例1-2所示,当只对锻件进行第一次回火处理时,其Rp0.02难以满足要求,当只对锻件进行第二次回火处理时,其冲击韧性难以满足要求。由对比例3-5可知,第一次回火温度过低时,叶片钢冲击韧性不合格;第一次回火温度过高,叶片钢Rm和Rp0.02不合格;若第一次回火采用缓慢冷却的方式进行,其冲击韧性不合格。类似的,由对比例6-8可知,当第二次回火温度过低时,叶片钢冲击韧性不合格;当第二次回火温度过高时,叶片钢Rp0.02不合格;若第二次回火采用急速冷却的方式进行,其Rp0.02下降明显,难以满足要求。
综上可知,在对淬火后的1Cr12Ni3Mo2VNbN叶片钢进行热处理过程中,两次回火及回火的温度控制和冷却方式均是本发明的关键,在上述条件的共同配合下,实现了使1Cr12Ni3Mo2VNbN叶片钢性能合格的前提下,其冲击韧性和Rp0.02得到了进一步改善的目的。
申请人声明,本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程,但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程,即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了,对本发明的任何改进,对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等,均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (7)

1.平衡和改善1Cr12Ni3Mo2VNbN叶片钢冲击韧性和Rp0.02的热处理方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
(1)将经过淬火处理后的1Cr12Ni3Mo2VNbN叶片钢升温至580-620℃并保温,保温完成后快速冷却;其中,所述保温的时间为3-6h;
(2)将步骤(1)冷却后的叶片钢升温至530-550℃并保温,保温完成后缓慢冷却;其中,所述保温的时间为3-6h。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(1)所述快速冷却的方式为风冷、油冷或水冷中的任意一种。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(2)所述缓慢冷却的方式为随炉冷却或出炉在空气中自然冷却。
4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(1)所述淬火处理的温度为1010-1070℃。
5.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(1)所述淬火处理的时间为1.5-2.5h。
6.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(1)所述淬火处理的冷却方式为风冷、油冷或水冷中的任意一种。
7.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
(1)将1Cr12Ni3Mo2VNbN叶片钢升温至1010-1070℃并保温1.5-2.5h,保温结束后风冷、油冷或水冷至室温;
(2)将步骤(1)经过淬火处理后的1Cr12Ni3Mo2VNbN叶片钢升温至580-620℃并保温3-6h,保温完成后出炉风冷、油冷或水冷至室温;
(3)将步骤(2)冷却后的叶片钢升温至530-550℃并保温3-6h,保温完成后随炉冷却或出炉在空气中自然冷却。
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