CN116752054A - 一种高合金耐热钢板及其热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高合金耐热钢板及其热处理方法，所述高合金耐热钢板的化学成分及质量百分含量为：C 0.085～0.17%，Si 0.20～0.60%，Cr 8～12%，Mo 0.8～1.2%，V 0.15～0.35%，Nb 0.05～0.20%，N 0.060～0.085%，N/Al≥4.0；所述钢板的热处理工序在高效台车炉、淬火机配合完成，所述热处理工艺为淬火+回火。本发明提供的高合金耐热钢板满足了国内石油化工行业以及火力发电厂对抗氢腐蚀、高耐热以及良好的低回火脆性性能材料的需求，广泛用于压力容器、电站锅炉关键管件部位的设计和制造。
Description
技术领域
本发明属于钢铁冶炼技术领域，具体涉及一种高合金耐热钢板及其热处理方法。
背景技术
耐热合金钢具有防止氢脆、氢腐蚀、氢剥离、硫化物腐蚀性能，同时还具有良好的低回火脆性、冲击韧性、高的抗氧化性能、抗高温蒸汽腐蚀性能和高而稳定的持久塑性及热强性能，可用于中高温临氢环境中的压力容器以及超临界、超超临界锅炉壁温≤625℃的高温过热器、再热器用钢管，以及壁温≤600℃高温集箱和蒸汽管道，也可作为核电热交换器以及石油裂化装置炉管，广泛应用于石油化工、煤化工以及火力发电厂关键设备的设计与制造。近年来，随着上述行业装备的升级换代，对高性能的耐高温合金钢的需求与日俱增，迫使钢厂开发出新型高性能耐热钢板以满足市场供给。
发明内容
本发明目的是提供一种高合金耐热钢板及其热处理方法，提供的钢板强度适宜，冲击韧性优良，满足高温使用的要求。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种高合金耐热钢板，其化学成分及质量百分含量为：C 0.085～0.17%，Si 0.20～0.60%，Cr 8～12%，Mo 0.8～1.2%，V 0.15～0.35%，Nb 0.05～0.20%，N 0.060～0.085%，N/Al≥4.0。
本发明所述钢板的厚度为30～60mm。
本发明还提供了高合金耐热钢板的热处理方法，具体为，所述钢板的热处理工序在高效台车炉、淬火机配合完成，所述热处理工艺为淬火+回火。
进一步地，本发明所述高合金耐热钢板的热处理方法，其中，所述淬火加热在车底式炉进行，保温结束后在辊式淬火机淬至室温，之后在车底式炉回火处理。
进一步地，本发明所述高合金耐热钢板的热处理方法，其中，所述淬火保温温度为1050～1110℃，保温时间（1.8～2.2）×T min，T为钢板厚度，单位为mm，淬火高压段水量≥6200m3/h，低压段水量≥7800 m3/h。
进一步地，本发明所述高合金耐热钢板的热处理方法，其中，所述回火保温温度为735～820℃，保温时间为（4.5～6）×T min，T为钢板厚度，单位为mm，保温后空冷即得成品钢板。
本发明的设计思路如下：本发明钢板采用Cr、Mo、V、Nb合金元素以及Al、N元素复合强化，经过相对应的热处理工艺，获得了良好的强韧性和高温性能匹配。本发明中的Si元素主要以固溶强化形式提高钢板的强度，但考虑到Si会加速P、As、Sn及Sb等有害元素在晶界上偏聚，会明显降低钢板的低温韧性，所以其含量需严格控制在较低水平； Cr 8～12%，Mo0.8～1.2%，V 0.15～0.35%，Nb 0.05～0.20%，N 0.060～0.085%，N/Al≥4.0，其中Cr、Mo为碳化物主要形成元素，均能增加奥氏体过冷度，提高钢的淬透性，同时可起到析出强化和固溶强化的作用；V元素能显著增加钢的淬透性，细化钢的组织和晶粒,并明显提高钢的强度和韧性，还会增加钢的回火稳定性，尤其能提高钢的耐热性能，但其含量过高，易导致钢板出现裂纹等表面缺陷，故其含量应控制在合理范围；Nb元素在钢中的作用主要是细晶强化和弥散强化,能生成稳定的碳、氮化物，还可使碳、氮化物分散形成具有细晶粒化的钢，此外还可以通过诱导析出或控制冷速,实现析出物的弥散分布，从而在较宽范围内调整钢的低温冲击韧性，总之Nb不仅可以提高钢的强度,还可提高钢的韧性、抗高温氧化性和耐蚀性能，降低钢的韧脆转变温度,获得良好的焊接性能和成型性能。N元素和C元素一样，可固溶于铁，形成间隙固溶体，有固溶强化作用，从而提高钢的淬透性，还是一种很强的形成和稳定奥氏体元素，可扩大钢的奥氏体相区，其效力约是Ni的20倍，在一定限度内可代替部分Ni元素，此外还可在不降低塑性的基础上提高高铬钢的强度和冲击韧性，以及提高钢的蠕变强度和高温持久强度。
本发明的热处理方法，工艺简单，易于操作，适合有淬火机以及外机炉、车底炉等台车炉的普通钢铁厂生产。采用本发明的热处理方法生产的钢板各项力学性能均符合标准要求。经检测，本发明钢板的力学性能达到如下要求：Rp0.2≥450MPa，Rm：600-760MPa，A50≥18%，-30℃AKV≥80J。
采用上述技术方案产生的有益效果在于：本发明的高合金耐热钢板满足了国内石油化工行业以及火力发电厂对具有良好的低回火脆性、冲击韧性、高的抗氧化性能、抗高温蒸汽腐蚀性能和高而稳定的持久塑性及热强性能钢的迫切需求，市场应用前景广阔。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1
本实施例的钢板厚度30.56mm，含C 0.085%，Si 0.20%，Cr 8%，Mo 0.8%，V 0.15%，Nb 0.05%，N 0.060%，N/Al=4.0。
本实施例所述的高合金耐热钢板的热处理方法在高效台车炉、淬火机配合完成，热处理工艺为淬火+回火。其中，淬火加热在车底式炉进行，保温温度为1050℃，保温时间55min，保温结束后在辊式淬火机淬至室温，淬火高压段水量6200m3/h，低压段水量7800m3/h，之后在车底式炉按照保温温度为735℃，保温时间为137.52min回火处理，保温后空冷即得成品钢板。
实施例2
本实施例的钢板厚度35mm，含C 0.10%，Si 0.35%，Cr 8.5%，Mo 0.9%，V 0.18%，Nb0.08%，N 0.070%，N/Al=4.1。
本实施例所述的高合金耐热钢板的热处理方法在高效台车炉、淬火机配合完成，热处理工艺为淬火+回火。其中，淬火加热在车底式炉进行，保温温度为1060℃，保温时间70min，保温结束后在辊式淬火机淬至室温，淬火高压段水量6220m3/h，低压段水量7810m3/h，之后在车底式炉按照保温温度为745℃，保温时间为175min回火处理，保温后空冷即得成品钢板。
实施例3
本实施例的钢板厚度40.88mm，含C 0.13%，Si 0.42%，Cr 9%，Mo 1.0%，V 0.23%，Nb0.1%，N 0.075%，N/Al=4.2。
本实施例所述的高合金耐热钢板的热处理方法在高效台车炉、淬火机配合完成，热处理工艺为淬火+回火。其中，淬火加热在车底式炉进行，保温温度为1080℃，保温时间86min，保温结束后在辊式淬火机淬至室温，淬火高压段水量6240m3/h，低压段水量7830m3/h，之后在车底式炉按照保温温度为760℃，保温时间为204.4min回火处理，保温后空冷即得成品钢板。
实施例4
本实施例的钢板厚度50.34mm，含C 0.15%，Si 0.53%，Cr 10.5%，Mo 1.1%，V 0.3%，Nb 0.15%，N 0.080%，N/Al=4.3。
本实施例所述的高合金耐热钢板的热处理方法在高效台车炉、淬火机配合完成，热处理工艺为淬火+回火。其中，淬火加热在车底式炉进行，保温温度为1090℃，保温时间106min，保温结束后在辊式淬火机淬至室温，淬火高压段水量6250m3/h，低压段水量7840m3/h，之后在车底式炉按照保温温度为795℃，保温时间为280min回火处理，保温后空冷即得成品钢板。
实施例5
本实施例的钢板厚度58.79mm，含C 0.17%，Si 0.60%，Cr12%，Mo1.2%，V 0.35%，Nb0.20%，N 0.085%，N/Al=4.4。
本实施例所述的高合金耐热钢板的热处理方法在高效台车炉、淬火机配合完成，热处理工艺为淬火+回火。其中，淬火加热在车底式炉进行，保温温度为1110℃，保温时间129.3min，保温结束后在辊式淬火机淬至室温，淬火高压段水量6260m3/h，低压段水量7850m3/h，之后在车底式炉按照保温温度为820℃，保温时间为352.7min回火处理，保温后空冷即得成品钢板。
实施例1-5钢板的性能及金相检验如表1和表2所示，
表1 实施例1-5钢板力学性能（板厚1/2处）
表2 实施例1-5钢板组织和夹杂物分析结果（板厚1/2处）
由表1、表2看出，本实施1-5例的高合金耐热钢板的强度适宜，塑性及低温冲击韧性优良，晶粒极细，组织为回火马氏体。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种高合金耐热钢板，其特征在于，所述高合金耐热钢板的化学成分及质量百分含量为：C 0.085～0.17%，Si 0.20～0.60%，Cr 8～12%，Mo 0.8～1.2%，V 0.15～0.35%，Nb0.05～0.20%，N 0.060～0.085%，N/Al≥4.0。
2.根据权利要求1所述的高合金耐热钢板，其特征在于，所述钢板的厚度为30～60mm。
3.一种基于权利要求1所述的高合金耐热钢板的热处理方法，其特征在于，所述钢板的热处理工序在高效台车炉、淬火机配合完成，所述热处理工艺为淬火+回火。
4.根据权利要求3所述的一种高合金耐热钢板的热处理方法，其特征在于，所述淬火加热在车底式炉进行，保温结束后在辊式淬火机淬至室温，之后在车底式炉回火处理。
5. 根据权利要求3所述的一种高合金耐热钢板的热处理方法，其特征在于，所述淬火保温温度为1050～1110℃，保温时间（1.8～2.2）×T min，T为钢板厚度，单位为mm，淬火高压段水量≥6200m3/h，低压段水量≥7800 m3/h。
6. 根据权利要求3所述的一种高合金耐热钢板的热处理方法，其特征在于，所述回火保温温度为735～820℃，保温时间为（4.5～6）×T min，T为钢板厚度，单位为mm，保温后空冷即得成品钢板。
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