CN109722522A - 一种脆化hr3c钢管的恢复性热处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种脆化HR3C钢管的恢复性热处理工艺，具体方法为：首先将脆化HR3C钢管置于热处理炉中，并加热到1180℃～1220℃，保温20min～40min，然后将HR3C钢管置于冷却水中，冷却至室温。本发明通过对已经发生脆化的HR3C钢管进行恢复性热处理工艺，通过在1180℃～1220℃下保温20min～40min，使得脆化状态下HR3C钢管显微组织中晶界与晶内碳化物充分溶解、扩散，减小碳化物在晶界聚集，改善冲击状态下晶界与晶内的协同变形能力，明显提高时效或者服役态HR3C钢管的室温冲击功，改善其脆化现象，降低电厂因HR3C钢管脆化而发生的爆管事故。且在1180℃～1220℃下保温20min～40min，不影响其室温与高温下的抗拉强度与屈服强度。
Description
技术领域
本发明涉及一种专门针对HR3C钢管在经时效发生脆化后的恢复性热处理工艺，属于热处理工艺领域。
背景技术
燃煤火电机组因煤粉燃烧产生的二氧化碳、氮硫化物等造成大气环境污染越来越受到人们的重视，高参数、大容量的超超临界机组因具有煤耗低、污染小等优点成为火力发电机组的主要方向。HR3C奥氏体耐热钢凭借其优异的抗高温腐蚀性能和较好的高温力学性能广泛应用于超超临界机组。但是HR3C钢有着明显的时效脆化倾向，其在时效或服役过程中冲击功明显下降，有研究表明HR3C钢在650℃下时效10000h后冲击功由原始状态下的95J降低为4J，下降幅度高达95.8％。HR3C钢在时效过程中大量M23C6碳化物在晶界聚集长大，导致在冲击载荷作用下，抑制了晶界与晶内的协同变形能力是其冲击功下降的主要原因。
对于长期处于高温、高压条件下的电厂服役HR3C钢管，其性能劣化趋势更加明显，因此其冲击功下降也更加明显。含HR3C受热面管机组在长时间运行后，当其处于停机检修状态时，HR3C钢管在发生碰撞、摩擦等均可能导致其表面产生凹坑或裂纹缺陷，脆化状态下的HR3C钢管表面产生凹坑或裂纹等缺陷后在高温、高压条件下极易扩展，从而产生脆性断裂，因此较低冲击功的HR3C钢管严重威胁机组安全稳定运行。但是，目前尚没有相关文献或者专利对于脆化状态的HR3C钢管的恢复性热处理工艺以改善以脆化现象，基于此本发明提出一种针对脆化HR3C钢管的恢复性热处理工艺方案。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种脆化HR3C钢管的恢复性热处理工艺，以改善其显微组织中碳化物的晶界偏聚现象，提高其室温冲击功，从而改善其在时效后的脆化现象。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种脆化HR3C钢管的恢复性热处理工艺，具体方法为：首先将脆化HR3C钢管置于热处理炉中，并加热到1180℃～1220℃，保温20min～40min，然后将HR3C钢管置于冷却水中，冷却至室温。
冷却水为蒸馏水或除盐水。
室温为20℃～25℃。
优选的，加热温度为1200℃。
优选的，保温时间为30min。
本发明有益效果：
(1)通过对已经发生脆化的HR3C钢管进行恢复性热处理工艺，通过在1180℃～1220℃下保温20min～40min，使得脆化状态下HR3C钢管显微组织中晶界与晶内碳化物充分溶解、扩散，减小碳化物在晶界聚集，改善冲击状态下晶界与晶内的协同变形能力，明显提高时效或者服役态HR3C钢管的室温冲击功，改善其脆化现象，降低电厂因HR3C钢管脆化而发生的爆管事故。
(2)在1180℃～1220℃下保温20min～40min，不影响其室温与高温下的抗拉强度与屈服强度。
附图说明
图1为脆化状态下HR3C钢管的显微组织。
图2为实施例1经过恢复性热处理后HR3C钢管的显微组织(500×和1000×)。
图3为实施例2经过恢复性热处理后HR3C钢管的显微组织(500×和1000×)。
图4为实施例3经过恢复性热处理后HR3C钢管的显微组织(500×和1000×)。
图5为实施例4经过恢复性热处理后HR3C钢管的显微组织(500×和1000×)。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
试验材料：
取国内某电厂超超临界机组在运行的过热器HR3C钢管，规格Φ47.6mmx9mm，服役温度约为605℃，压力为26.15MPa，自割管取样，已累计运行约5.38万小时。其显微组织如图1所示，冲击功及室温拉伸性能如表1所示。由图1可知，晶界与晶内有大量第二相析出，晶界第二相呈链状分布。
表1
| 项目 | 抗拉强度R<sub>m</sub>(MPa) | 屈服强度R<sub>p0.2</sub>(MPa) | 伸长率A(％) | 冲击功A<sub>kv</sub>(J) |
| 数值 | 772 | 360 | 27.5 | 4J |
实施例1
一种脆化HR3C钢管的恢复性热处理工艺，包括以下步骤：
(1)取上述服役HR3C钢管(长300mm)置于高温热处理炉中，关闭热处理炉门；
(2)设置热处理炉加热温度为1200℃，设置保温时间30min；
(3)待热处理炉温度达到1200℃时，开始计时，30min热处理炉自动停止加热，打开热处理炉门，迅速将试样全部置于蒸馏水中冷却至室温(20℃)，待试样完全冷却后将试样取出。
将热处理后的试样加工成标准拉伸、冲击试样和金相试样，进行力学性能和显微组织观察试验，其显微组织如图2所示，冲击功及室温拉伸性能如表2所示。由图2可知，晶界第二相基本消失，晶内有少量第二相，且晶内与晶界第二相颗粒较小。与其他实施例相比具有如下优点：1)较大颗粒第二相完全溶解；2)晶粒尺寸未明显长大；3)冲击功高于其他实施例；4)室温拉伸综合性能优于其他实施例。
表2
| 项目 | 抗拉强度R<sub>m</sub>(MPa) | 屈服强度R<sub>p0.2</sub>(MPa) | 伸长率A(％) | 冲击功A<sub>kv</sub>(J) |
| 数值 | 730 | 385 | 32.0 | 64J |
实施例2
一种脆化HR3C钢管的恢复性热处理工艺，包括以下步骤：
(1)取上述服役HR3C钢管(长300mm)置于高温热处理炉中，关闭热处理炉门；
(2)设置热处理炉加热温度为1220℃，设置保温时间25min；
(3)待热处理炉温度达到1220℃时，开始计时，25min热处理炉自动停止加热，打开热处理炉门，迅速将试样全部置于蒸馏水中冷却至室温(20℃)，待试样完全冷却后将试样取出。
将热处理后的试样加工成标准拉伸、冲击试样和金相试样，进行力学性能和显微组织观察试验，其显微组织如图3所示，冲击功及室温拉伸性能如表3所示。由图3可知，晶界第二相基本消失，晶内有少量第二相，且晶内与晶界第二相颗粒较小，晶粒尺寸稍有长大。
表3
| 项目 | 抗拉强度R<sub>m</sub>(MPa) | 屈服强度R<sub>p0.2</sub>(MPa) | 伸长率A(％) | 冲击功A<sub>kv</sub>(J) |
| 数值 | 706 | 390 | 31.5 | 54J |
实施例3
一种脆化HR3C钢管的恢复性热处理工艺，包括以下步骤：
(1)取上述服役HR3C钢管(长300mm)置于高温热处理炉中，关闭热处理炉门；
(2)设置热处理炉加热温度为1170℃，设置保温时间40min；
(3)待热处理炉温度达到1170℃时，开始计时，40min热处理炉自动停止加热，打开热处理炉门，迅速将试样全部置于除盐水中冷却至室温(20℃)，待试样完全冷却后将试样取出。
将热处理后的试样加工成标准拉伸、冲击试样和金相试样，进行力学性能和显微组织观察试验，其显微组织如图4所示，冲击功及室温拉伸性能如表4所示。由图4可知，晶界与晶界存在部分较大第二相颗粒，热处理后较大第二相未完全溶解。
表4
| 项目 | 抗拉强度R<sub>m</sub>(MPa) | 屈服强度R<sub>p0.2</sub>(MPa) | 伸长率A(％) | 冲击功A<sub>kv</sub>(J) |
| 数值 | 743 | 371 | 30.0 | 47 |
实施例4
一种脆化HR3C钢管的恢复性热处理工艺，包括以下步骤：
(1)取上述服役HR3C钢管(长300mm)置于高温热处理炉中，关闭热处理炉门；
(2)设置热处理炉加热温度为1240℃，设置保温时间40min；
(3)待热处理炉温度达到1240℃时，开始计时，40min热处理炉自动停止加热，打开热处理炉门，迅速将试样全部置于除盐水中冷却至室温(20℃)，待试样完全冷却后将试样取出。
将热处理后的试样加工成标准拉伸、冲击试样和金相试样，进行力学性能和显微组织观察试验，其显微组织如图5所示，冲击功及室温拉伸性能如表5所示。由图5可知，晶界第二相基本消失，晶内有少量第二相，晶粒尺寸显著长大。
表5
| 项目 | 抗拉强度R<sub>m</sub>(MPa) | 屈服强度R<sub>p0.2</sub>(MPa) | 伸长率A(％) | 冲击功A<sub>kv</sub>(J) |
| 数值 | 689 | 353 | 32.5 | 36J |
Claims (5)
1.一种脆化HR3C钢管的恢复性热处理工艺，其特征在于，具体方法为：首先将脆化HR3C钢管置于热处理炉中，并加热到1180℃～1220℃，保温20min～40min，然后将HR3C钢管置于冷却水中，冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的脆化HR3C钢管的恢复性热处理工艺，其特征在于，冷却水为蒸馏水或除盐水。
3.根据权利要求1所述的脆化HR3C钢管的恢复性热处理工艺，其特征在于，室温为20℃～25℃。
4.根据权利要求1所述的脆化HR3C钢管的恢复性热处理工艺，其特征在于，优选的，加热温度为1200℃。
5.根据权利要求1所述的脆化HR3C钢管的恢复性热处理工艺，其特征在于，优选的，保温时间为30min。
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| CN201910166800.3A CN109722522A (zh) | 2019-03-06 | 2019-03-06 | 一种脆化hr3c钢管的恢复性热处理工艺 |
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