CN110699535A - 10Cr11Co3W3NiMoVNbNB叶片钢棒材热处理方法 - Google Patents

10Cr11Co3W3NiMoVNbNB叶片钢棒材热处理方法 Download PDF

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何玉东
吴铖川
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Abstract

本发明公开了一种10Cr11Co3W3NiMoVNbNB叶片钢棒材热处理方法，涉及热处理技术领域，提供一种成本较低且能够提高10Cr11Co3W3NiMoVNbNB叶片钢高温持久性能的热处理方法。10Cr11Co3W3NiMoVNbNB叶片钢棒材热处理方法包括依次进行的以下步骤：A、退火处理：叶片钢棒材锻造完成后放入热处理炉进行保温，然后空冷至温度低于500℃；保温温度为700℃～750℃，保温时间为8h～10h×a/100，a为叶片钢棒材直径，a的单位为mm；B、奥氏体化处理；叶片钢棒材以小于120℃/h的升温速度加热至1080℃～1120℃，然后保温，保温时间为3h×a/100；C、叶片钢棒材油淬处理；D、回火处理：叶片钢棒材放入700℃～750℃的热处理炉中保温，保温时间为5～6h×a/100，然后出炉空冷至室温。

Description

10Cr11Co3W3NiMoVNbNB叶片钢棒材热处理方法
技术领域
本发明涉及热处理技术领域，尤其涉及一种10Cr11Co3W3NiMoVNbNB叶片钢棒材热处理方法。
背景技术
10Cr11Co3W3NiMoVNbNB叶片钢主要应用于制造超超临界汽轮机高温叶片及螺栓部件。汽轮机叶片其主要功能为将高温蒸汽的热能转换为机械能，工作条件非常复杂；运行中转子高速度旋转时，叶片的离心力会引起拉应力；由蒸汽流动的压力造成叶片的弯曲应力和扭转应力；传递至叶根的销钉孔或根齿，还会产生剪切和压缩应力；机组的频繁启停等还会造成叶片承受交变载荷的作用等等。由于叶片钢使用于高温、复杂的应力条件下，其高温持久性能的研究非常重要。现有文献中对叶片钢的热处理工艺的研究报道很多，但对叶片钢热处理工艺只局限于提高常温力学性能；现有文献中提高叶片钢的高温持久性能的研究只局限于冶炼工艺优化。而通过热处理工艺提高高温持久性能的研究却很少有报道。
经检索，部分涉及叶片钢热处理方法的专利如下：
CN106119486A公开了一种超超临界汽轮机叶片钢的锻后热处理方法，具体包括以下步骤：1、均匀化处理；2、快速冷却至C曲线鼻尖温度进行组织转变；3、降温至Ms点以下进一步进行组织转变；4、加热至一定温度保温，使基体脱溶软化；5、限速炉冷至出炉；该方法汽轮机叶片钢经过锻后直接进行热处理，不仅消除了锻造应力，而且使钢材组织均匀化，减少混晶，为后续调质处理做好充分准备，从而有效提高调质后的性能，尤其提高其冲击性能，冲击从传统工艺的KV216J左右提高至54J以上。可见该热处理方法主要目的是提高冲击性能。
CN 103667617 A公开了一种提高1Cr12Ni3Mo2VN透平叶片冲击韧性的热处理工艺，具体是在对1Cr12Ni3Mo2VN材料叶片钢进行常规淬火热处理之前，先对所述1Cr12Ni3Mo2VN材料叶片钢进行预备热处理。该方法可以使叶片钢材料在热处理之前组织更均匀化，从而提高1Cr12Ni3Mo2VN透平叶片冲击韧性。可见该热处理方法主要目的是提高冲击韧性。
CN 109402490 A公开一种提高含Nb叶片钢高温性能的方法，具体采用以下方法步骤：1、冶炼时加入稀土元素控制晶界净化；2、控制成品硼质量百分含量0.0005％～0.0015％；3、控制成品晶粒度4.0～6.0级。该方法能够提升含Nb叶片钢的高温持久性能，延长其高温持久断裂时间。但该方法涉及稀土元素加入，成本较高，工艺参数控制困难。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种成本较低且能够提高10Cr11Co3W3NiMoVNbNB叶片钢高温持久性能的热处理方法。
为解决上述问题采用的技术方案是：10Cr11Co3W3NiMoVNbNB叶片钢棒材热处理方法包括依次进行的以下步骤：
A、退火处理：叶片钢棒材锻造完成后放入热处理炉进行保温，然后空冷至温度低于500℃；保温温度为700℃～750℃，保温时间为8h～10h×a/100，a为叶片钢棒材直径，a的单位为mm；
B、奥氏体化处理；叶片钢棒材以小于120℃/h的升温速度加热至1080℃～1120℃，然后保温，保温时间为3h×a/100；
C、叶片钢棒材油淬处理；
D、回火处理：叶片钢棒材放入700℃～750℃的热处理炉中保温，保温时间为5～6h×a/100，然后出炉空冷至室温。
进一步的是：步骤B中，叶片钢棒材以小于100℃/h的升温速度加热。
本发明的有益效果是：1、奥氏体化处理为可以保证叶片钢的晶粒度在5.5～7.0级。回火处理可以使叶片钢中显微组织中的析出相弥散分布。本发明各步骤相配合可提高10Cr11Co3W3NiMoVNbNB叶片钢高温持久性能，经实验在温度为660℃、应力为245MPa条件下，其高温持久断裂时间可达100h以上。
2、本发明步骤简单，实现容易，成本较低。
附图说明
图1是本发明实施例1所得产品的金相图；
图2是本发明实施例1所得产品的析出相形貌。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和实施例对本发明进一步说明。
10Cr11Co3W3NiMoVNbNB叶片钢棒材热处理方法包括依次进行的以下步骤：A、退火处理：叶片钢棒材锻造完成后放入热处理炉进行保温，然后空冷至温度低于500℃；保温温度为700℃～750℃，保温时间为8h～10h×a/100，a为叶片钢棒材直径，a的单位为mm；B、奥氏体化处理；叶片钢棒材以小于120℃/h的升温速度加热至1080℃～1120℃，然后保温，保温时间为3h×a/100；C、叶片钢棒材油淬处理；D、回火处理：叶片钢棒材放入700℃～750℃的热处理炉中保温，保温时间为5～6h×a/100，然后出炉空冷至室温。其中优选步骤B中，叶片钢棒材以小于100℃/h的升温速度加热。
实施例1：
一种提高10Cr11Co3W3NiMoVNbNB叶片钢高温持久性能的热处理方法，包括以下步骤：
(1)退火处理：将锻造完后Ф150mm的10Cr11Co3W3NiMoVNbNB叶片钢棒材直接装入750℃的炉中保温，保温时间13h；
(2)奥氏体化处理：上述退火态钢在500℃以下，以110℃/h的升温速度加热至1090℃保温，保温时间4.5h；
(3)油淬；
(4)回火处理：将上述油淬的叶片钢直接装入750℃的炉中保温，保温时间为7.5h，然后出炉空冷至室温，即得产品A，其金相图见图1，晶粒度5.5级，其析出相形貌如图2所示，析出相没有发生聚集。
实施例2：
一种提高10Cr11Co3W3NiMoVNbNB叶片钢高温持久性能的热处理方法，包括以下步骤：
(1)退火处理：将锻造完后Ф120mm的10Cr11Co3W3NiMoVNbNB叶片钢棒材直接装入740℃的炉中保温，保温时间为10h；
(2)奥氏体化处理：钢在500℃以下，以110℃/h的升温速度加热至1100℃保温，保温时间3.6h；
(3)油淬；
(4)回火处理：将上述油淬的叶片钢直接装入740℃的炉中保温，保温时间为6.0h，然后出炉空冷至室温，即得产品B，晶粒度6.0级，析出相没有发生聚集。
实施例3：
一种提高10Cr11Co3W3NiMoVNbNB叶片钢高温持久性能的热处理方法，包括以下步骤：
(1)退火处理：将锻造完后Ф110mm的10Cr11Co3W3NiMoVNbNB叶片钢棒材直接装入730℃的炉中保温，保温时间为10h；
(2)奥氏体化处理：钢在500℃以下，以110℃/h的升温速度加热至1100℃保温，保温时间3.3h；
(3)油淬；
(4)回火处理：将上述油淬的叶片钢直接装入730℃的炉中保温，保温时间为6.0h，然后出炉空冷至室温，即得产品C，晶粒度6.0级，析出相没有发生聚集。
实施例4：
一种提高10Cr11Co3W3NiMoVNbNB叶片钢高温持久性能的热处理方法，包括以下步骤：
(1)退火处理：将锻造完后Ф95mm的10Cr11Co3W3NiMoVNbNB叶片钢棒材直接装入720℃的炉中保温，保温时间为9.5h；
(2)奥氏体化处理：钢在500℃以下，以120℃/h的升温速度加热至1110℃保温，保温时间2.85h；
(3)油淬；
(4)回火处理：将上述油淬的叶片钢直接装入720℃的炉中保温，保温时间为2.5h，然后出炉空冷至室温，即得产品D，晶粒度7.0级，析出相没有发生聚集。
实施例1～4所述10Cr11Co3W3NiMoVNbNB叶片钢按GB/T 2039标准进行高温持久性能检测，其持久时间≥100h合格，具体结果参见表1所示。

Claims (2)

1.10Cr11Co3W3NiMoVNbNB叶片钢棒材热处理方法，其特征在于：包括依次进行的以下步骤：
A、退火处理：叶片钢棒材锻造完成后放入热处理炉进行保温，然后空冷至温度低于500℃；保温温度为700℃～750℃，保温时间为8h～10h×a/100，a为叶片钢棒材直径，a的单位为mm；
B、奥氏体化处理；叶片钢棒材以小于120℃/h的升温速度加热至1080℃～1120℃，然后保温，保温时间为3h×a/100；
C、叶片钢棒材油淬处理；
D、回火处理：叶片钢棒材放入700℃～750℃的热处理炉中保温，保温时间为5～6h×a/100，然后出炉空冷至室温。
2.根据权利要求1所述的10Cr11Co3W3NiMoVNbNB叶片钢棒材热处理方法，其特征在于：步骤B中，叶片钢棒材以小于100℃/h的升温速度加热。
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