CN113897480A - 超级马氏体耐热钢晶粒细化的热处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超级马氏体耐热钢晶粒细化的热处理工艺，采用的工艺依次如下：高温正火和高温回火工序、低温正火和高温回火工序；采用两台热处理正火炉或者一台锻造加热炉。本发明的工艺提高工件在α+γ双相区的加热速度，以最快速度通过双相区，尽量得到球形奥氏体，一方面可以更大程度地打破晶体学位向关系，即K‑S关系；另一方面，提高锻件的加热速度可以增加奥氏体的形核率。

Description

超级马氏体耐热钢晶粒细化的热处理工艺

技术领域

本发明涉及锻件的热处理方法领域，具体而言，涉及一种超级马氏体耐热钢晶粒细化的热处理工艺。

背景技术

随着工业化的发展，污染日益严重，为了减轻环境污染，需要提高燃煤发电热效率，以减少二氧化碳的排放，这样就需要在更高的温度及更高的压力条件下使用新的材料。为此，包括日本、美国、欧洲在内的世界各国都对9.0％～ 12.0％Cr马氏体型耐热钢进行了大量的研究，为了进一步提高马氏体型耐热钢的再结晶温度，即提高蠕变强度，COST开发了13Cr9Mo1Co1NiVNbNb，以用于630℃汽轮机锻件

13Cr9Mo1Co1NiVNbNB钢，俗称超级马氏体耐热钢，作为电站设备用钢，虽然常规的调质处理能够满足常温条件下锻件的强度和硬度的设计要求，但是一直不断地出现晶粒度问题，严重影响了客户项目进展，常规的锻后热处理工艺不能解决这个问题。为此，我们制定了新的热处理工艺规范，这种工艺规范就是项目要得到解决的关键技术。

发明内容

本发明针对现有技术的缺点，提供了一种超级马氏体耐热钢晶粒细化的热处理工艺，解决了上述技术存在的晶粒度的缺陷。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

超级马氏体耐热钢晶粒细化的热处理工艺，其特征在于：采用的工艺依次如下：高温正火和高温回火工序、低温正火和高温回火工序；采用两台热处理正火炉；步骤如下：

高温正火和高温回火工序：

1)、第一台热处理正火炉，先预热，在尽量接近Ac1点的温度进行预热，但要考虑炉温均匀性，不能进入双相区；炉内温度为750℃-780℃之间，保温 6-12h，必须保证锻件透烧；

2)、第二台热处理正火炉：此炉提前加热至1050-1080℃，在此温度下至少保温2.5h，此炉中有经过1050℃-1080℃保温且透烧的锻件，然后把经过预热且经过750℃-780℃保温且完全透烧的锻件转移至此炉中，以最大功率最快速度升温，以最快速度通过α+γ的双相区，然后加热至1050-1080℃保温6-8h，接下来炉冷或空冷实现锻件表面温度≤90℃；

3)、高温回火：炉内温度保温700℃，时间为15-20h；保温结束后空冷至锻件表面温度≤100℃；

低温正火和高温回火工序：

1)、第一台热处理正火炉，先预热，温度达到750℃-780℃之间，保温10-12h，保证锻件透烧；

2)、第二台热处理正火炉；提前把此炉加热至950-1000℃，在此温度下至少保温2.5h，然后经过750℃-780℃保温，且完全透烧的锻件转移至此炉中，以最大功率最快速度升温，以最快速度通过α+γ的双相区，加热至950-1000℃保温6-8h，炉冷或空冷，冷至锻件表面温度≤90℃；

3)、高温回火：空冷冷至700℃，保温12-15h。

本发明还提供了另外一种超级马氏体耐热钢晶粒细化的热处理工艺，其特征在于：

采用的工艺依次如下：高温正火和高温回火工序、低温正火和高温回火工序；采用一台锻造加热炉；步骤如下：

高温正火和高温回火工序

1)、锻造加热炉预热，在接近Ac1点的温度，即750℃-780℃保温6-12h，必须保证锻件透烧；

2)、锻造加热炉以最大功率升温至1050℃-1080℃，保温时间6-8h，然后空冷或炉冷，冷至锻件表面温度≤90℃，不能吹风；

3)、高温回火：锻造加热炉保温700℃，时间为15-20h，然后空冷；

低温正火和高温回火工序：

1)、锻造加热炉预热，在接近Ac1点的温度，即750℃-780℃保温6-12h，必须保证锻件透烧。

2)、锻造加热炉以最大功率升温至950℃-1000℃，保温时间6-8h，然后空冷或炉冷，冷至锻件表面温度≤90℃，不能吹风；

3)、高温回火：锻造加热炉保温700℃，保温时间15-20h，然后空冷。

由于采用了上述技术，与现有技术相比较，本发明的有益效果是：

本发明提供了两种热处理工艺，实现的好处是：

1、本发明的工艺提高工件在α+γ双相区的加热速度，以最快速度通过双相区，尽量得到球形奥氏体，一方面可以更大程度地打破晶体学位向关系，即 K-S关系；另一方面，提高锻件的加热速度可以增加奥氏体的形核率。

2、本发明的工艺中的高温正火和高温回火工序，改变热处理奥氏体化温度以达到相变再结晶的目的，一方面使合金元素尽量的扩散，一方面尽可能的溶解那些起钉扎作用的碳化物等，解除这些碳化物及氮化物的钉扎作用，然后缓慢冷却，让那些合金元素缓慢地均匀地析出，使这些合金元素的碳化物及氮化物重新呈细小的、弥散的质点均匀分布，从而起到细化晶粒的作用。

3、本发明的工艺中的低温正火和高温回火工序，进一步解决晶粒度问题，从而得到满足客户技术要求的晶粒度。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1

超级马氏体耐热钢晶粒细化的热处理工艺，采用的工艺依次如下：高温正火和高温回火工序、低温正火和高温回火工序；采用两台热处理正火炉。

热处理工艺步骤如下：

高温正火和高温回火工序：

1)、第一台热处理正火炉，先预热，在尽量接近Ac1点的温度进行预热，但要考虑炉温均匀性，不能进入双相区；炉内温度为750℃-780℃之间，保温 6-12h，必须保证锻件透烧。

2)、第二台热处理正火炉：此炉提前加热至1050-1080℃，在此温度下至少保温2.5h，此炉中有经过1050℃-1080℃保温且透烧的锻件，然后把经过预热且经过750℃-780℃保温且完全透烧的锻件转移至此炉中，以最大功率最快速度升温，以最快速度通过α+γ的双相区，然后加热至1050-1080℃保温6-8h，接下来炉冷或空冷实现锻件表面温度≤90℃。

3)、高温回火：炉内温度保温700℃，时间为15-20h；保温结束后空冷至锻件表面温度≤100℃。

低温正火和高温回火工序：

1)、第一台热处理正火炉，先预热，温度达到750℃-780℃之间，保温10-12h，保证锻件透烧。

2)、第二台热处理正火炉；提前把此炉加热至950-1000℃，在此温度下至少保温2.5h，然后经过750℃-780℃保温，且完全透烧的锻件转移至此炉中，以最大功率最快速度升温，以最快速度通过α+γ的双相区，加热至950-1000℃保温6-8h，炉冷或空冷，冷至锻件表面温度≤90℃。

3)、高温回火：空冷冷至700℃，保温12-15h。

在高温正火和高温回火工序之后，增加一次金相检验，看是否可以取消低温正火+高温回火这一工序。金相检验的主要目的,一方面是常规检验,根据已有知识判断或确定金属材料的质量和生产工艺及过程是否完善,如有缺陷时,可以发现产生缺陷的原因；另一方面是更深入地了解金属材料的微观组织和各种性能的内在关系,以及各种微观组织形成的规律等,为研制新材料和新工艺提供可靠的依据。

此热处理工艺，第一个关键点就是选择一个非常接近Ac1点的温度，在此温度下预热保温，但要保证此一温度不能进入双相区。第二个关键点就是保证预热时锻件透烧。第三个关键点是要选择一个合适的相变再结晶温度。第四个关键点是正火保温结束后工件表面温度冷至≤90℃。第五个关键点是两台高温正火炉且高低温搭配，但有可能取消此一工序。

上述的工艺不仅可以以最快的速度通过α+γ的双相区，而且，在较高的奥氏体化温度下保温，可以相当程度地解决碳化物的钉扎作用，冷却后重新分布，从而细化晶粒，然后以低一些的奥氏体化温度正火，进一步细化晶粒，从而得到满足客户技术要求的晶粒度。

本实施例采用相变再结晶与提高加热速度相结合的方法。提高加热速度，以尽量减少针状奥氏体的量，增加球形奥氏体的量，从而达到细化晶粒的目的，同时冲击吸收能量也得到了提高；如果在大工件上能够取得成功，这种热处理工艺水平将在整个热处理行业内处于领先水平。

实施例2

本发明提供了一种超级马氏体耐热钢晶粒细化的热处理工艺，采用的工艺依次如下：高温正火和高温回火工序、低温正火和高温回火工序；采用一台锻造加热炉。

热处理工艺步骤如下：

高温正火和高温回火工序

1)、锻造加热炉预热，在接近Ac1点的温度，即750℃-780℃保温6-12h，必须保证锻件透烧。

2)、锻造加热炉以最大功率升温至1050℃-1080℃，保温时间6-8h，然后空冷或炉冷，冷至锻件表面温度≤90℃，不能吹风。

3)、高温回火：锻造加热炉保温700℃，时间为15-20h，然后空冷。

低温正火和高温回火工序：

1)、锻造加热炉预热，在接近Ac1点的温度，即750℃-780℃保温6-12h，必须保证锻件透烧。

2)、锻造加热炉以最大功率升温至950℃-1000℃，保温时间6-8h，然后空冷或炉冷，冷至锻件表面温度≤90℃，不能吹风。

3)、高温回火：锻造加热炉保温700℃，保温时间15-20h，然后空冷。

此热处理工艺，第一个关键点就是选择一个非常接近Ac1点的温度，在此温度下预热保温，但要保证此一温度不能进入双相区。第二个关键点就是保证预热时锻件透烧。第三个关键点是要选择一个合适的相变再结晶温度。第四个关键点是正火保温结束后工件表面温度冷至≤90℃。第五个关键点是两台高温正火炉且高低温搭配，但有可能取消此一工序。

上述的工艺不仅可以以最快的速度通过α+γ的双相区，而且，在较高的奥氏体化温度下保温，可以相当程度地解决碳化物的钉扎作用，冷却后重新分布，从而细化晶粒，然后以低一些的奥氏体化温度正火，进一步细化晶粒，从而得到满足客户技术要求的晶粒度。

在高温正火和高温回火工序之后，增加一次金相检验，看是否可以取消低温正火+高温回火这一工序。金相检验的主要目的,一方面是常规检验,根据已有知识判断或确定金属材料的质量和生产工艺及过程是否完善,如有缺陷时,可以发现产生缺陷的原因；另一方面是更深入地了解金属材料的微观组织和各种性能的内在关系,以及各种微观组织形成的规律等,为研制新材料和新工艺提供可靠的依据。

本实施例采用相变再结晶与提高加热速度相结合的方法。提高加热速度，以尽量减少针状奥氏体的量，增加球形奥氏体的量，从而达到细化晶粒的目的，同时冲击吸收能量也得到了提高；如果在大工件上能够取得成功，这种热处理工艺水平将在整个热处理行业内处于领先水平。

本发明提供了两种热处理工艺，实现的好处是：

1、本发明的工艺提高工件在α+γ双相区的加热速度，以最快速度通过双相区，尽量得到球形奥氏体，一方面可以更大程度地打破晶体学位向关系，即 K-S关系；另一方面，提高锻件的加热速度可以增加奥氏体的形核率。

2、本发明的工艺中的高温正火和高温回火工序，改变热处理奥氏体化温度以达到相变再结晶的目的，一方面使合金元素尽量的扩散，一方面尽可能的溶解那些起钉扎作用的碳化物等，解除这些碳化物及氮化物的钉扎作用，然后缓慢冷却，让那些合金元素缓慢地均匀地析出，使这些合金元素的碳化物及氮化物重新呈细小的、弥散的质点均匀分布，从而起到细化晶粒的作用。

3、本发明的工艺中的低温正火和高温回火工序，进一步解决晶粒度问题，从而得到满足客户技术要求的晶粒度。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.超级马氏体耐热钢晶粒细化的热处理工艺，其特征在于：

采用的工艺依次如下：高温正火和高温回火工序、低温正火和高温回火工序；采用两台热处理正火炉；步骤如下：

高温正火和高温回火工序：

1)、第一台热处理正火炉，先预热，在尽量接近Ac1点的温度进行预热，但要考虑炉温均匀性，不能进入双相区；炉内温度为750℃-780℃之间，保温6-12h，必须保证锻件透烧；

2)、第二台热处理正火炉：此炉提前加热至1050-1080℃，在此温度下至少保温2.5h，此炉中有经过1050℃-1080℃保温且透烧的锻件，然后把经过预热且经过750℃-780℃保温且完全透烧的锻件转移至此炉中，以最大功率最快速度升温，以最快速度通过α+γ的双相区，然后加热至1050-1080℃保温6-8h，接下来炉冷或空冷实现锻件表面温度≤90℃；

3)、高温回火：炉内温度保温700℃，时间为15-20h；保温结束后空冷至锻件表面温度≤100℃；

低温正火和高温回火工序：

1)、第一台热处理正火炉，先预热，温度达到750℃-780℃之间，保温10-12h，保证锻件透烧；

2)、第二台热处理正火炉；提前把此炉加热至950-1000℃，在此温度下至少保温2.5h，然后经过750℃-780℃保温，且完全透烧的锻件转移至此炉中，以最大功率最快速度升温，以最快速度通过α+γ的双相区，加热至950-1000℃保温6-8h，炉冷或空冷，冷至锻件表面温度≤90℃；

3)、高温回火：空冷冷至700℃，保温12-15h。

2.超级马氏体耐热钢晶粒细化的热处理工艺，其特征在于：

采用的工艺依次如下：高温正火和高温回火工序、低温正火和高温回火工序；采用一台锻造加热炉；步骤如下：

高温正火和高温回火工序

1)、锻造加热炉预热，在接近Ac1点的温度，即750℃-780℃保温6-12h，必须保证锻件透烧；

2)、锻造加热炉以最大功率升温至1050℃-1080℃，保温时间6-8h，然后空冷或炉冷，冷至锻件表面温度≤90℃，不能吹风；

3)、高温回火：锻造加热炉保温700℃，时间为15-20h，然后空冷；

低温正火和高温回火工序：

1)、锻造加热炉预热，在接近Ac1点的温度，即750℃-780℃保温6-12h，必须保证锻件透烧。

2)、锻造加热炉以最大功率升温至950℃-1000℃，保温时间6-8h，然后空冷或炉冷，冷至锻件表面温度≤90℃，不能吹风；

3)、高温回火：锻造加热炉保温700℃，保温时间15-20h，然后空冷。