[發(fā)明專利]高鉻鐵素體耐熱鋼微變形馬氏體板條組織細(xì)化方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910068168.5
• 申請日: 2009-03-18
• 公開（公告）號: CN101509058A
• 公開（公告）日: 2009-08-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉永長;嚴(yán)澤生;劉晨曦;高志明;寧保群
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: C21D8/00
• 分類號: C21D8/00;C21D1/42;C21D8/02;C21D8/10
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所
• 代理人: 王 麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高鉻鐵素體耐熱鋼生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高鉻鐵素體耐熱鋼微變形馬氏體板條組織細(xì)化方法。

背景技術(shù)

耐熱鋼的發(fā)展與能源、動力和機(jī)械工業(yè)的進(jìn)步緊密相關(guān)。在火力發(fā)電、核能、宇航、航空、石油和化工等領(lǐng)域中，耐熱鋼性能的優(yōu)劣是成功與否的關(guān)鍵。近年來為解決日益突出的能源短缺及環(huán)境污染問題，高效率發(fā)電已成為熱門話題。為提高熱效率，世界各國火力發(fā)電機(jī)組參數(shù)正向超(超)臨界參數(shù)發(fā)展，改善熱效率主要是熱動力問題，電廠主要通過提高工作蒸汽溫度來提高熱效率。如日本、美國等正著手對參數(shù)為34.5Mpa、620～650℃的機(jī)組進(jìn)行全面的研究，力求使熱效率提高10％以上，這樣發(fā)電單機(jī)每年少排放CO₂相當(dāng)于26噸以上的發(fā)電用煤。由此可見，耐熱鋼的發(fā)展對我國正在實(shí)施的節(jié)能減排重大舉措的實(shí)現(xiàn)具有相當(dāng)重要的意義。

蒸汽溫度的提高對鍋爐用鋼的使用性能提出了更高要求。鍋爐管中的耐熱鋼在高溫、高壓和蒸汽腐蝕中長期工作，鋼材的組織和性能將會發(fā)生變化，使金屬高溫性能明顯惡化，從而影響設(shè)備運(yùn)行的安全性。這一切要求鍋爐管用耐熱鋼具有如下優(yōu)良的性能匹配：①高的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度，良好的沖擊韌性；②優(yōu)異的高溫持久性能、抗蠕變性能，良好的高溫組織穩(wěn)定性；③良好的高溫抗氧化和抗蒸汽腐蝕性能；④優(yōu)良的冷熱加工性能、焊接性能及彎曲性能；⑤低熱膨脹系數(shù)和良好導(dǎo)熱性；⑥良好的經(jīng)濟(jì)性能。

為進(jìn)一步提高耐熱鋼的蒸汽使用溫度，以期提高鍋爐管熱交換效率，目前各國都在積極地開展適宜于在高蒸汽參數(shù)下使用的新型耐熱鋼材的研究與開發(fā)。美國、歐洲和日本等發(fā)達(dá)國家紛紛牽頭研發(fā)認(rèn)證，一方面建立超(超)臨界發(fā)電機(jī)組的耐熱鋼體系，另一方面完善現(xiàn)有的耐熱鋼體系并研制開發(fā)更先進(jìn)的耐熱鋼。

國內(nèi)外鍋爐用鋼分鐵素體和奧氏體耐熱鋼兩類。與奧氏體鋼相比，鐵素體耐熱鋼因其優(yōu)異的綜合性能已成為鍋爐管用鋼的首選鋼種。鐵素體鋼的發(fā)展可分為兩條主線：一是縱向通過逐漸提高主要耐熱元素Cr的含量(從2.25Cr到12Cr)；二是橫向通過添加V、Nb、Mo、W和Co等。從簡單的C-Mn鋼開始到9～12％Cr鐵素體耐熱鋼，通過采用合金化和組織控制，相應(yīng)的高溫蠕變強(qiáng)度提高了近10倍，其中9～12％Cr高鉻鐵素體耐熱系鋼最高。因此，發(fā)達(dá)國家已將研發(fā)重點(diǎn)轉(zhuǎn)向了9～12％Cr系高鉻鐵素體耐熱鋼。

為提高鐵素體耐熱鋼的使用溫度和許用應(yīng)力，亟需對高鉻鐵素體耐熱鋼組織形成及成形工藝進(jìn)行系統(tǒng)研究，探索新的有效強(qiáng)化途徑。從組織來說，傳統(tǒng)熱處理后，高鉻鐵素體耐熱鋼組織由馬氏體板條和析出的碳氮化物組成(見圖1a和圖1b)，其中原奧氏體晶粒被分割成幾個(gè)由近似平行的馬氏體束組成的胞，沉淀物主要由短棒狀的M₂₃C₆型碳化物與彌散分布于板條內(nèi)的粒狀MX型碳氮化物組成。正是由于這種馬氏體板條的細(xì)晶強(qiáng)化和析出的碳氮化物的沉淀強(qiáng)化賦予了9～12％Cr系高鉻鐵素體耐熱鋼較好的力學(xué)性能。因此，在不改變成分組成的情況下，從成形工藝過程尋找有效地細(xì)化高鉻鐵素體耐熱鋼馬氏體板條組織的方法，從而進(jìn)一步提高其高溫性能，具有很重要的實(shí)際意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是采用高溫區(qū)微變形的方法來細(xì)化9～12％Cr系高鉻鐵素體耐熱鋼的馬氏體板條組織，從而提高耐熱鋼的綜合性能，進(jìn)而推進(jìn)其在實(shí)際中的應(yīng)用。

本發(fā)明的高鉻鐵素體耐熱鋼微變形馬氏體板條組織細(xì)化方法，技術(shù)方案如下：

將高鉻鐵素體耐熱鋼經(jīng)熱軋為管材或者板材，為確保能達(dá)到要求的加熱和冷卻速率，一般做成壁厚不大于6厘米的試樣；其特征是將試樣放入高頻感應(yīng)熱處理裝置中進(jìn)行處理：設(shè)定程序?yàn)椋荷郎厮俾蕿?0～80K/min，從室溫升至1223～1323K后，保溫5～15分鐘，再以相同的冷卻速率降至1023～1073K，然后進(jìn)行微小變形，所加壓應(yīng)力大小為10～40Mpa，加載3～10s后立即卸載，然后以相同的速率降至室溫。

實(shí)驗(yàn)用9～12％Cr系高鉻鐵素體耐熱鋼的化學(xué)成分范圍見表1。所用原料純度均高于99％，按既定成分配比后在電弧爐或感應(yīng)爐中熔煉并進(jìn)行真空精煉和爐外精煉兩個(gè)工藝過程，然后經(jīng)熱軋為管材或者板材(壁厚一般應(yīng)不大于6厘米，以確保正火后為板條馬氏體組織)。

表1?高鉻鐵素體耐熱鋼的化學(xué)成分范圍