[發明專利]一種馬氏體耐熱鋼的強韌化處理工藝

在審

• 申請號: 201810794235.0
• 申請日: 2018-07-19
• 公開（公告）號: CN108913855A
• 公開（公告）日: 2018-11-30
• 發明（設計）人: 喬勛;白旭峰;王德文;孟東容;趙巧絨;李京澤;王琳淋
• 申請（專利權）人: 西京學院
• 主分類號: C21D8/00
• 分類號: C21D8/00;C21D1/18
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 夏艷

本發明公開了一種馬氏體耐熱鋼的強韌化處理工藝，本發明提供一種馬氏體耐熱鋼強韌化處理工藝，該工藝分為高溫固溶處理、高溫鍛造、淬火和兩階段回火四個主要步驟。本發明將高溫鍛造與兩階段回火工藝相結合，通過控制碳化物(種類、大小、形貌及分布)與馬氏體板條的回復程度，取得了彌散強化和細晶強化雙重效果，避免回火脆性，獲得馬氏體耐熱鋼最優化的強韌性配合。

技術領域

本發明屬于耐熱鋼技術領域，涉及一種馬氏體耐熱鋼的強韌化處理工藝。

背景技術

馬氏體耐熱鋼是一種熱強性耐熱鋼，通常含較高Cr元素，主要應用于發電站汽輪機的葉片、轉子等重要零件。作為發電設備關鍵部件，汽輪機所處工況復雜，長時間服役于高溫環境，并承受持續的離心力，在電力調峰時頻繁啟停，承受多頻次沖擊。因此，對馬氏體耐熱鋼的高溫持久強度、韌性和蠕變強度提出了很高要求。為實現高效、節能、環保的發電能力，提高熱效率，超超臨界汽輪機工作溫度和壓力進一步提高(主蒸汽溫度超過600℃，主蒸汽壓力超過28MPa)，對馬氏體耐熱鋼的性能提出新的挑戰。

通常情況下，對淬火后的馬氏體耐熱鋼進行高溫回火，通過在馬氏體基體上析出碳化物，可顯著增強鋼材的強度和抗蠕變性能。然而，碳化物的形貌、分布及種類都不易控制。例如，在馬氏體基體上析出細小的、均勻分布的M2C型和M7C3型碳化物時，可提高馬氏體耐熱鋼的強度、韌性和高溫持久性能。而當馬氏體或原奧氏體晶界上大量析出M23C6型碳化物時，則會使馬氏體耐熱鋼的脆性增大。同時，回火工藝控制不當，極易出現回火脆性，導致馬氏體耐熱鋼的韌性顯著降低。

發明內容

本發明解決的問題在于提供一種馬氏體耐熱鋼的強韌化處理工藝，通過調整馬氏體耐熱鋼的熱處理工藝，控制碳化物的形貌、分布與種類，在提高馬氏體耐熱鋼高溫持久強度的同時又避免了回火脆性，可顯著改善馬氏體耐熱鋼的韌性，提高其在高溫下的蠕變斷裂強度。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種馬氏體耐熱鋼的強韌化處理工藝，包括以下操作：

1)高溫固溶處理：將馬氏體耐熱鋼工件加熱到1080～1130℃，保溫60～90分鐘，使碳化物及合金元素完全溶解，獲得單相奧氏體組織；

2)高溫鍛造：保溫完成之后立即對工件進行高溫鍛造，鍛造比為3～8，終鍛溫度區間為1100～920℃，獲得致密細小的奧氏體組織；

3)淬火處理：將終鍛后工件快速淬火冷卻至室溫，獲得馬氏體組織，淬火介質采用熱水或熱油；

4)兩階段回火處理：淬火后立即對工件進行回火處理，第一階段回火溫度為620～670℃，保溫1～2小時；之后升溫至670～730℃進行第二階段回火，保溫2～4小時，以獲得彌散分布的碳化物；

5)回火處理之后的冷卻：爐冷至450℃，450℃之后空冷至室溫，冷速控制在15-25℃/S之間。

所述的淬火處理中，冷速控制在150-200℃/S之間。

所述的淬火介質中的熱水為水溫高于90℃的純水或鹽水；

所述的熱油為油溫高于60℃的淬火油。

通過兩階段回火工藝處理對碳化物的種類、大小、形貌及分布進行控制：

第一階段回火：析出細小分布的MX、M7C3型碳化物，均勻分布于馬氏體板條中，取得彌散強化效果；

第二階段回火：MX、M7C3型碳化物碳化物數量進一步增多，同時伴隨少量M23C6型碳化物分布于原奧氏體晶界，馬氏體板條得到一定程度回復。

與現有技術相比，本發明具有以下有益的技術效果：