CN117403146A - 一种用于化工设备的纳米贝氏体钢及其制备方法 - Google Patents
一种用于化工设备的纳米贝氏体钢及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117403146A CN117403146A CN202311298346.XA CN202311298346A CN117403146A CN 117403146 A CN117403146 A CN 117403146A CN 202311298346 A CN202311298346 A CN 202311298346A CN 117403146 A CN117403146 A CN 117403146A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- percent
- temperature
- forging
- nano
- bainitic steel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 72
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 72
- 239000000126 substance Substances 0.000 title claims abstract description 30
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 238000005242 forging Methods 0.000 claims abstract description 97
- 229910001563 bainite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 30
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 26
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 claims abstract description 16
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 14
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 17
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 17
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 14
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 238000003303 reheating Methods 0.000 claims description 12
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 4
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 2
- 229910001562 pearlite Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 18
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 8
- 239000000956 alloy Substances 0.000 abstract description 8
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 abstract description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 14
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 13
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 10
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 8
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 8
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 7
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 3
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 2
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004627 transmission electron microscopy Methods 0.000 description 2
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FBPFZTCFMRRESA-JGWLITMVSA-N D-glucitol Chemical compound OC[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O)CO FBPFZTCFMRRESA-JGWLITMVSA-N 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/52—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with cobalt
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
- B21J5/00—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
- B21J5/002—Hybrid process, e.g. forging following casting
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
- C21D1/18—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
- C21D1/19—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering by interrupted quenching
- C21D1/20—Isothermal quenching, e.g. bainitic hardening
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
- C21D1/74—Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
- C21D6/004—Heat treatment of ferrous alloys containing Cr and Ni
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
- C21D6/005—Heat treatment of ferrous alloys containing Mn
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
- C21D6/007—Heat treatment of ferrous alloys containing Co
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
- C21D6/008—Heat treatment of ferrous alloys containing Si
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
- C21D8/005—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment of ferrous alloys
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/06—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/34—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with more than 1.5% by weight of silicon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/44—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/54—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with boron
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
- C21D2211/001—Austenite
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
- C21D2211/002—Bainite
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
- C21D2211/004—Dispersions; Precipitations
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
- C21D2211/009—Pearlite
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
本发明公开了一种用于化工设备的纳米贝氏体钢及其制备方法，该纳米贝氏体钢采用的冶炼样品由以下质量百分数的化学元素组成：C：0.5～0.8％、Ni：3.5～5％、Co：2.2～4.2％、Si：0.8～2.8％、Al：1.2～2％、Mn：0.5～1.5％、Cr：0.5～1.5％、Mo：0.2～0.5％，B：0.2～0.5％，余量为Fe元素及不可避免的杂质；其中，Co元素和Si元素总量不高于5％。本发明通过设计合金成分及含量，再通过高温均匀化处理、一次锻造、固溶处理、二次锻造和温贝氏体等多种工艺联合，持续细化晶粒，调控微观组织，提高强韧性，最终获得了一种用于化工设备的新纳米贝氏体钢。
Description
技术领域
本发明涉及一种纳米贝氏体钢，具体涉及一种用于化工设备的纳米贝氏体钢及其制备方法。
背景技术
化工设备及管道广泛应用于石化、机械、冶金等领域，通常工作于高温、高压及腐蚀等环境中，是工业生产的核心装置。化工设备及管道主要采用管线钢、抗氢钢、不锈钢及耐热钢等金属材料制造，保障其强韧性及一定的耐高温、耐腐蚀性能。管线钢及抗氢钢均为低碳低合金钢，生产成本较低，具备一定的强韧性，应用范围较广，但耐高温性和耐腐蚀性能较低。不锈钢和耐热钢为高合金钢，生产工艺复杂、成本较高，且不易焊接加工，大规模应用受到限制。
为进一步改善化工设备及管道各项性能，国内也开发出多种新工艺和新方法。例如，中国发明专利CN114855060A，公开了一种管线钢X80及其生产方法，管线钢的成分采用低碳低合金钢，钢的化学组成质量百分比为碳＝0.035～0.045，硅＝0.10～0.20，锰＝1.63～1.68，磷≤0.012，硫≤0.0015，铌＝0.052～0.056，钛＝0.012～0.018，铝≤0.015，镍＝0.10～0.13，铬＝0.15～0.20，钼＝0.10～0.12，铜＝0.12～0.15，其余为Fe与不可避免的杂质，工艺采用采用精炼-连铸-轧制工艺，获得组织以铁素体为主，少量贝氏体组织，产品的抗拉强度约为625Mpa。又如，中国发明专利CN114293109A，公开了一种高强容器钢板及其制备方法，容器用钢的成分(C 0.12-0.16％，Si 0.20-0.30％，Mn1.05-1.35％，P≤0.015％，S≤0.005％，Al 0.020-0.040，Nb 0.020-0.030％，Ti 0.010-0.020％，Cr 0.20-0.30％，余量为Fe及不可避免的杂质)以碳锰钢为主，添加微量合金元素，通过高温轧制与淬火+高温回火工艺，获得以回火索氏体+铁素体为主的微观组织，抗拉强度约为550MPa。
随着化工产业新装备、新工艺的不断发展，对化工设备的性能、技术、环保及安全性等方面的要求日益严苛，也对其主体材料的各项性能提出了更高的要求。在成本可控的前提下，开发强度高、韧性好，适应高温和腐蚀环境的化工设备用钢就显得极为重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于化工设备的纳米贝氏体钢及其制备方法，获得以纳米贝氏体为主的高强高韧钢，在显著提高强度同时保证良好的韧性和塑性，并且兼具一定的耐高温和耐腐蚀性能。
为了达到上述目的，本发明提供了一种用于化工设备的纳米贝氏体钢的制备方法，其特征在于，该纳米贝氏体钢采用的冶炼样品由以下质量百分数的化学元素组成：C：0.5～0.8％、Ni：3.5～5％、Co：2.2～4.2％、Si：0.8～2.8％、Al：1.2～2％、Mn：0.5～1.5％、Cr：0.5～1.5％、Mo：0.2～0.5％，B：0.2～0.5％，余量为Fe元素及不可避免的杂质；其中，Co元素和Si元素总量不高于5％。
该纳米贝氏体钢的制备方法，包含：
(1)高温均匀化处理：将冶炼样品放入氩气保护炉中加热至1180～1250℃，保温20～45分钟，将碳化物全部溶解，获得均匀的单相奥氏体组织，为后续工艺做组织准备；
(2)一次锻造：将经步骤(1)的样品从保护炉中取出进行锻造，始锻温度为1000～1080℃，锻造比70～90％，终锻温度在A3温度线以上，形成细小均匀的奥氏体等轴晶，之后风冷至室温，获得晶粒细化的珠光体组织；
(3)固溶处理：将经步骤(2)锻造后的样品重新加热至900～950℃，保温30～60分钟，进行固溶化处理；
(4)二次锻造：将经步骤(3)固溶处理后的样品进行喷雾冷却，冷却至A1温度线以下开始锻造，锻造比为30～50％，终锻温度为450～500℃，以进一步细化晶粒，为后续形成纳米晶粒做组织准备；
(5)等温贝氏体：将经步骤(4)二次锻造后的样品立即侵入盐浴炉中进行等温处理，盐浴温度保持220～300℃，保温6～12小时，之后出炉空冷至室温，获得纳米贝氏体钢，该纳米贝氏体钢具有以纳米贝氏体为主，以弥散分布纳米尺度ε-碳化物为辅的组织。
本发明通过设计合金成分及含量，再通过高温均匀化处理、一次锻造、固溶处理、二次锻造和温贝氏体等多种工艺联合，持续细化晶粒，调控微观组织，提高强韧性，最终获得了一种用于化工设备的新纳米贝氏体钢。
本发明的合金成分及含量设计，本发明适当降低C含量、减少Mn含量，抑制碳化物析出；含有微量B元素，可显著提高过冷奥氏体稳定性，保证锻造时奥氏体的稳定性。提高Ni含量最高至5％，可提过冷高奥氏体稳定性、同时改善耐腐蚀性；添加适量Si元素，提高抗氧化性和高温下的稳定性，提高耐高温能力。同时，在等温转变过程中，Si元素可抑制大块碳化物析出；添加适量Co和Al，抑制碳化物析出，促进贝氏体形成；同时要调节Co元素与Si元素配比，Co+Si总量不超过5％，保证贝氏体的形成效率。
本发明的一次锻造，一次锻造在单相奥氏体区进行，通过高锻造比，显著细化奥氏体晶粒。为确保锻造温度范围位于单相奥氏体区，终锻温度不低于A3温度线(850～900℃)。
本发明的固溶处理，固溶处理加热温度略高于A3温度线，进一步细化奥氏体晶粒。为避免晶粒长大，固溶处理的加热温度和时间应严格控制。加热最低温度不得低于A3温度线，最高不得超高A3线以上50℃。同时，固溶处理可保证合金元素完全融于奥氏体，促进固溶强化效应，进一步提高强韧性。
本发明的二次锻造，通过二次锻造，持续细化过冷奥氏体晶粒。为获得最佳晶粒细化效应，二次锻造的始锻温度不得高于A1温度线。在二次锻造过程中，为避免过冷奥氏体转变，二次锻造应在5分钟之内完成，之后立即进行下一道工序。同时，二次锻造工艺施加的内应力，可为贝氏体转变提供驱动力，促进贝氏体形核与转变，提高贝氏体转变效率。
本发明的等温贝氏体，等温温度与等温时间影响贝氏体微观组织，进而影响其性能，可根据生产需求进行调控。等温温度越低，贝氏体转变耗时就越长，获得的纳米贝氏体尺寸就越细小，强韧性越高；反之亦然。
优选地，所述高温均匀化处理，加热至1250℃，保温20分钟；或，加热至1200℃，保温30分钟；或，加热至1180℃，保温45分钟。
优选地，所述一次锻造中，终锻温度为920～950℃。
优选地，所述一次锻造，始锻温度为1000～1080℃，锻造比70～90％，终锻温度为920～950℃。更优选地，所述一次锻造，始锻温度为1060℃，锻造比90％，终锻温度为930℃；或，始锻温度为1050℃，锻造比80％，终锻温度为950℃；或，始锻温度为1000℃，锻造比70％，终锻温度为920℃。
优选地，所述固溶处理，重新加热至900～950℃，保温30～45分钟。
优选地，所述固溶处理，重新加热至900℃，保温60分钟；或，重新加热至925℃，保温40分钟；或，重新加热至950℃，保温45分钟。
优选地，所述二次锻造中，始锻温度为550～600℃。
优选地，所述二次锻造中，始锻温度为580～600℃，锻造比为40～50％，终锻温度为450～500℃。
优选地，所述等温贝氏体，盐浴温度保持235～300℃，保温6～12小时。
优选地，该纳米贝氏体钢由以下质量百分数的化学元素组成：C：0.5～0.78％、Ni：3.5～4.8％、Co：2.65～4.05％、Si：0.8～2.3％、Al：1.2～1.9％、Mn：0.5～1.2％、Cr：0.5～1.5％、Mo：0.3～0.5％，B：0.27～0.5％，余量为Fe元素及不可避免的杂质。
优选地，该纳米贝氏体钢由以下质量百分数的化学元素组成：C：0.5％、Ni：3.8～4.1％、Co：2.65～3.95％、Si：1.1～2.3％、Al：1.2～1.85％、Mn：0.55～1.2％、Cr：0.7～1.35％、Mo：0.3％，B：0.27～0.4％，余量为Fe元素及不可避免的杂质。
本发明的另一目的是提供采用所述的制备方法获得的纳米贝氏体钢，该纳米贝氏体钢具有以纳米贝氏体为主，以弥散分布纳米尺度ε-碳化物为辅的组织。
本发明的用于化工设备的纳米贝氏体钢及其制备方法，具有以下优点：
本发明通过合金成分设计与工艺优化，添加适量合金元素，调整优化工艺，调控微观组织，开发一种可用于化工设备及管道的纳米贝氏体钢，通过该工艺可获得以纳米贝氏体为主的高强高韧钢，在显著提高强度同时保证良好的韧性和塑性，并且兼具一定的耐高温和耐腐蚀性能。
本发明的纳米贝氏体钢以纳米贝氏体为基体、以弥散分布纳米尺度ε-MxC(ε-碳化物)为辅的组织，第二相粒子ε-MxC呈纳米尺度弥散分布，改善高温稳定性，纳米贝氏体固溶Ni、Co等合金元素，改善耐腐蚀性。该微观组织结合固溶强化、纳米贝氏体强化和弥散碳化物强化等，三种强化效应，显著提高贝氏体钢的强度，并保持良好的塑性和韧性，同时具备一定的耐高温和耐腐蚀性能。
本发明通过三种强化方式：纳米贝氏体强化、固溶强化、碳化物弥散强化，可显著提高样品强韧性，其中样品抗拉强度提高2倍以上，可达1800MPa，保留良好的塑性，伸长率可达20％，断裂韧性最高可达50MPa·m0.5以上。而通常情况下，强度与塑性韧性互为矛盾，强度越高，塑性与韧性越低，现有工艺难以达到在提高强度同时保持塑性与韧性不降低。
附图说明
图1为本发明的用于化工设备的纳米贝氏体钢制备的关键步骤示意图。
图2为本发明实施例1制备的纳米贝氏体钢的SEM图。
图3为本发明实施例1制备的纳米贝氏体钢的TEM图。
具体实施方式
下面将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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种用于化工设备的纳米贝氏体钢，冶炼样品37Kg，采用的冶炼样品由以下质量百分数的化学元素组成：C：0.55％、Ni：4.1％、Co：3.4％、Si：1.2％、Al：1.65％、Mn：0.85％、Cr：1.1％、Mo：0.3％，B：0.4％，余量为Fe元素及不可避免的杂质。
上述用于化工设备的纳米贝氏体钢的制备过程，参见图1，具体如下：
(1)高温均匀化处理
将上述冶炼样品放入氩气保护炉中加热至1200℃，保温30分钟；
(2)一次锻造
将经步骤(1)的样品从保护炉中取出进行锻造，始锻温度约为1050℃，锻造比80％，终锻温度约为950℃，之后风冷至室温；
(3)固溶处理
将经步骤(2)锻造后的样品重新加热至925℃，保温40分钟，进行固溶化处理；
(4)二次锻造
将经步骤(3)固溶处理后的样品进行喷雾冷却，冷却至约580℃开始锻造，锻造比为40％，终锻温度约为450℃；
(5)等温贝氏体
将经步骤(4)二次锻造后的样品立即侵入盐浴炉中进行等温处理，盐浴温度保持265℃，保温7小时，之后出炉空冷至室温，获得纳米贝氏体钢。
对本实施例1制备的纳米贝氏体钢进行扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)检测，结果如下：
如图2所示，为采用SEM观察的本实施例1制备的纳米贝氏体钢的微观组织，结果可观察到纳米贝氏体板条，板条宽度为30～70nm，贝氏体体积含量高于85％，可产生纳米强化效应。
如图3所示，为采用TEM观察的本实施例1制备的纳米贝氏体钢的碳化物微观组织，结果可观察到第二相粒子以纳米尺度ε-MxC碳化物(ε-碳化物)为主，大部分颗粒直径小于5nm，呈纳米尺度弥散分布，可产生弥散强化效应。
对本实施例1制备的纳米贝氏体钢进行力学性能测试，结果为：抗拉强度Rm＝1625±15MPa、屈服强度Re＝1335±15MPa、延伸率A＝17±1.5％，断裂韧性KIC＝44±3MPa·m0.5。
实施例2
一种用于化工设备的纳米贝氏体钢，与实施例1的基本相同，区别在于：采用的冶炼样品由以下质量百分数的化学元素组成：C：0.78％、Ni：4.6％、Co：3.95％、Si：1.05％、Al：1.85％、Mn：0.55％、Cr：1.35％、Mo：0.3％，B：0.27％，余量为Fe元素及不可避免的杂质。
上述用于化工设备的纳米贝氏体钢的制备过程，与实施例1的基本相同，区别在于：
在步骤(1)中，加热至1250℃，保温20分钟；
在步骤(2)中，始锻温度约为1060℃，锻造比90％，终锻温度约为930℃；
在步骤(3)中，重新加热至900℃，保温60分钟；
在步骤(4)中，冷却至约600℃开始锻造，锻造比为50％；
在步骤(5)中，盐浴温度保持235℃，保温12小时。
对本实施例2制备的纳米贝氏体钢进行力学性能测试，结果为：抗拉强度Rm＝1790±15MPa、屈服强度Re＝1465±15MPa、延伸率A＝14±1.5％，断裂韧性KIC＝38±3MPa·m0.5。
实施例3
一种用于化工设备的纳米贝氏体钢及其制备工艺，与实施例1的基本相同，区别在于：采用的冶炼样品由以下质量百分数的化学元素组成：C：0.5％、Ni：3.8％、Co：2.65％、Si：2.3％、Al：1.2％、Mn：1.2％、Cr：0.7％、Mo：0.3％，B：0.27％，余量为Fe元素及不可避免的杂质。
上述用于化工设备的纳米贝氏体钢的制备过程，与实施例1的基本相同，区别在于：
在步骤(1)中，加热至1180℃，保温45分钟；
在步骤(2)中，始锻温度约为1000℃，锻造比70％，终锻温度约为920℃；
在步骤(3)中，重新加热至950℃，保温45分钟；
在步骤(4)中，冷却至约600℃开始锻造，锻造比为30％，终锻温度约为500℃；
在步骤(5)中，盐浴温度保持300℃，保温6小时。
对本实施例3制备的纳米贝氏体钢进行力学性能测试，结果为：抗拉强度Rm＝1625±15MPa、屈服强度Re＝1295±15MPa、延伸率A＝19±1.5％，断裂韧性KIC＝49±3MPa·m0.5。
实施例4
一种用于化工设备的纳米贝氏体钢及其制备工艺，与实施例1的基本相同，区别在于：采用的冶炼样品由以下质量百分数的化学元素组成：C：0.65％、Ni：4.8％、Co：4.05％、Si：0.8％、Al：1.9％、Mn：0.7％、Cr：0.5％、Mo：0.5％，B：0.5％，余量为Fe元素及不可避免的杂质。
上述用于化工设备的纳米贝氏体钢的制备过程，与实施例1的基本相同，区别在于：
在步骤(1)中，加热至1220℃，保温20分钟；
在步骤(3)中，重新加热至920℃，保温45分钟；
在步骤(4)中，冷却至约550℃开始锻造，锻造比为30％，终锻温度约为500℃；
在步骤(5)中，盐浴温度保持220℃，保温12小时。
对本实施例4制备的纳米贝氏体钢进行力学性能测试，结果为：抗拉强度Rm＝1575±15MPa、屈服强度Re＝1360±15MPa、延伸率A＝15±1.5％，断裂韧性KIC＝42±3MPa·m0.5。
实施例5
一种用于化工设备的纳米贝氏体钢及其制备工艺，与实施例1的基本相同，区别在于：采用的冶炼样品由以下质量百分数的化学元素组成：C：0.6％、Ni：3.5％、Co：2.7％、Si：2.2％、Al：1.2％、Mn：0.5％、Cr：1.5％、Mo：0.3％，B：0.4％，余量为Fe元素及不可避免的杂质。
上述用于化工设备的纳米贝氏体钢的制备过程，与实施例1的基本相同，区别在于：
在步骤(1)中，加热至1250℃，保温20分钟；
在步骤(2)中，始锻温度约为1080℃，锻造比90％，终锻温度约为920℃；
在步骤(3)中，重新加热至950℃，保温30分钟；
在步骤(4)中，冷却至约600℃开始锻造，锻造比为50％；
在步骤(5)中，盐浴温度保持280℃，保温9小时。
对本实施例5制备的纳米贝氏体钢进行力学性能测试，结果为：抗拉强度Rm＝1505±15MPa、屈服强度Re＝1390±15MPa、延伸率A＝16±1.5％，断裂韧性KIC＝41±3MPa·m0.5。
对比例1
采用与实施例1相同的冶炼样品，但制备工艺不同，制备工艺的区别在于：
无实施例1的一次锻造和二次锻造工艺，其余处理工艺与实施例1相同。
对对比例1制备的钢进行力学性能测试，结果为：抗拉强度Rm＝1210±15MPa、屈服强度Re＝1095±15MPa、延伸率A＝8±1.5％，断裂韧性KIC＝31±3MPa·m0.5。对比例1的钢强度、塑性及韧性相比实施例1的均明显降低。
对比例2
采用与实施例1相同的冶炼样品，但制备工艺不同，制备工艺的区别在于：
无实施例1的二次锻造工艺，其余处理工艺与实施例1相同。
对对比例2制备的钢进行力学性能测试，结果为：抗拉强度Rm＝1320±15MPa、屈服强度Re＝1190±15MPa、延伸率A＝11±1.5％，断裂韧性KIC＝35±3MPa·m0.5。对比例2的钢强度、塑性及韧性相比实施例1的仍明显降低。
对比例3
对比例3采用与实施例1相同的工艺，但对实施例1采用的冶炼样品中样品成分进行调整，不含Ni、Co及B元素，其余成分保持不变。
对对比例3制备的钢进行力学性能测试，结果为：抗拉强度Rm＝1270±15MPa、屈服强度Re＝1085±15MPa、延伸率A＝10±1.5％，断裂韧性KIC＝30±3MPa·m0.5。对比例3由于合金元素改变导致过冷奥氏体稳定性不足，贝氏体转变不完全，因此，对比例3的钢强度、塑性及韧性明显降低。
对比例4
采用与实施例1相同的冶炼样品，但制备工艺不同，采用的传统工艺，具体如下：
(1)将冶炼样品加热至925℃，保温40分钟，进行固溶化处理；
(2)将经步骤(1)固溶化处理后的样品立即侵入盐浴炉中进行等温处理，盐浴温度保持265℃，保温7小时，之后出炉空冷至室温。
本实施例1制备的纳米贝氏体钢的强度比与对比例4的传统工艺制备的低碳低合金钢提高2倍以上，同时保持良好的塑性和韧性。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (10)
1.一种用于化工设备的纳米贝氏体钢的制备方法，其特征在于，该纳米贝氏体钢采用的冶炼样品由以下质量百分数的化学元素组成：C：0.5～0.8％、Ni：3.5～5％、Co：2.2～4.2％、Si：0.8～2.8％、Al：1.2～2％、Mn：0.5～1.5％、Cr：0.5～1.5％、Mo：0.2～0.5％，B：0.2～0.5％，余量为Fe元素及不可避免的杂质；其中，Co元素和Si元素总量不高于5％；
该纳米贝氏体钢的制备方法，包含：
(1)高温均匀化处理：将冶炼样品放入氩气保护炉中加热至1180～1250℃，保温20～45分钟，将碳化物全部溶解，获得均匀的单相奥氏体组织；
(2)一次锻造：将经步骤(1)的样品从保护炉中取出进行锻造，始锻温度为1000～1080℃，锻造比70～90％，终锻温度在A3温度线以上，形成细小均匀的奥氏体等轴晶，之后风冷至室温，获得晶粒细化的珠光体组织；
(3)固溶处理：将经步骤(2)锻造后的样品重新加热至900～950℃，保温30～60分钟，进行固溶化处理；
(4)二次锻造：将经步骤(3)固溶处理后的样品进行喷雾冷却，冷却至A1温度线以下开始锻造，锻造比为30～50％，终锻温度为450～500℃，以细化晶粒；
(5)等温贝氏体：将经步骤(4)二次锻造后的样品立即侵入盐浴炉中进行等温处理，盐浴温度保持220～300℃，保温6～12小时，之后出炉空冷至室温，获得纳米贝氏体钢。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高温均匀化处理，加热至1250℃，保温20分钟；或，加热至1200℃，保温30分钟；或，加热至1180℃，保温45分钟。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述一次锻造，始锻温度为1000～1060℃，锻造比70～90％，终锻温度为920～950℃。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述固溶处理，重新加热至900～950℃，保温30～45分钟。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述固溶处理，重新加热至900℃，保温60分钟；或，重新加热至925℃，保温40分钟；或，重新加热至950℃，保温45分钟。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述二次锻造中，始锻温度为580～600℃，锻造比为40～50％，终锻温度为450～500℃。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述等温贝氏体，盐浴温度保持235～300℃，保温6～12小时。
8.根据权利要求1～7中任意一项所述的制备方法，其特征在于，该纳米贝氏体钢由以下质量百分数的化学元素组成：C：0.5～0.78％、Ni：3.5～4.8％、Co：2.65～4.05％、Si：0.8～2.3％、Al：1.2～1.9％、Mn：0.5～1.2％、Cr：0.5～1.5％、Mo：0.3～0.5％，B：0.27～0.5％，余量为Fe元素及不可避免的杂质。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，该纳米贝氏体钢由以下质量百分数的化学元素组成：C：0.5％、Ni：3.8～4.1％、Co：2.65～3.95％、Si：1.1～2.3％、Al：1.2～1.85％、Mn：0.55～1.2％、Cr：0.7～1.35％、Mo：0.3％，B：0.27～0.4％，余量为Fe元素及不可避免的杂质。
10.采用如权利要求1～9中任意一项所述的制备方法获得的纳米贝氏体钢，其特征在于，该纳米贝氏体钢具有以纳米贝氏体为主，以弥散分布纳米尺度ε-碳化物为辅的组织。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311298346.XA CN117403146A (zh) | 2023-10-09 | 2023-10-09 | 一种用于化工设备的纳米贝氏体钢及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311298346.XA CN117403146A (zh) | 2023-10-09 | 2023-10-09 | 一种用于化工设备的纳米贝氏体钢及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117403146A true CN117403146A (zh) | 2024-01-16 |
Family
ID=89499200
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311298346.XA Pending CN117403146A (zh) | 2023-10-09 | 2023-10-09 | 一种用于化工设备的纳米贝氏体钢及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117403146A (zh) |
-
2023
- 2023-10-09 CN CN202311298346.XA patent/CN117403146A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2021232275A1 (zh) | 一种热作模具钢及其制备方法 | |
| US7520942B2 (en) | Nano-scale nitride-particle-strengthened high-temperature wrought ferritic and martensitic steels | |
| CN100467656C (zh) | 细晶粒马氏体不锈钢及其生产方法 | |
| CN114086049B (zh) | 2.0GPa级超高屈服强度塑性CoCrNi基中熵合金及其制备方法 | |
| CN113186462B (zh) | 超低温用高强度Cr-Ni-Co-Mo不锈钢及韧化热处理方法 | |
| CN108456827A (zh) | 一种改进型加钒铬钼钢板及其生产方法 | |
| NO343350B1 (no) | Sømløst stålrør for oljebrønn med utmerket motstand mot sulfidspenningssprekking og fremgangsmåte for fremstilling av sømløse stålrør for oljebrønner | |
| CN106756567B (zh) | 一种强塑积≥40GPa·％的热轧低密度钢的制备方法 | |
| CN101353765A (zh) | 一种ct80级连续油管用钢及其制造方法和应用 | |
| EP4261320A1 (en) | High-strength and toughness free-cutting non-quenched and tempered round steel and manufacturing method therefor | |
| CN101886228A (zh) | 具有高强高韧和高耐腐蚀性能的低碳马氏体时效不锈钢 | |
| CN111455146A (zh) | 一种低合金马氏体钢强韧化处理方法及马氏体钢 | |
| CN106756509B (zh) | 一种耐高温合金结构钢及其热处理工艺 | |
| CA3019483A1 (en) | High-strength steel material and production method therefor | |
| CN111118258B (zh) | 一种提升00Cr12Ni10MoTi马氏体时效不锈钢低温冲击韧性的热处理方法 | |
| JP2001192730A (ja) | 高Ｃｒフェライト系耐熱鋼およびその熱処理方法 | |
| CN109536685B (zh) | 一种消除双相不锈钢中有害相的热处理方法 | |
| CN111549286A (zh) | 一种易焊接的超高强高韧钢材及其制备方法 | |
| JP3328967B2 (ja) | 靭性および耐応力腐食割れ性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼継目無鋼管の製造法 | |
| CN114457283B (zh) | 一种高硅含钒、钛不锈钢刀剪材料及其制备方法 | |
| CN117403146A (zh) | 一种用于化工设备的纳米贝氏体钢及其制备方法 | |
| CN110229976B (zh) | 一种屈服强度高于900MPa的高韧性钛合金及制备方法 | |
| CN114086083A (zh) | 一种1100MPa级抗硫高压气瓶钢、高压气瓶及其制造方法 | |
| JPS63203722A (ja) | 耐サワ−ガス油井用管状部材の製造法 | |
| CN104988420A (zh) | -120℃低温条件下压力容器用低镍钢板及其生产方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |