一種提高奧氏體耐熱鋼時效后室溫沖擊韌性的熱處理方法與流程

本發(fā)明涉及奧氏體耐熱鋼的熱處理
技術(shù)領域：
，具體為一種提高奧氏體耐熱鋼時效后室溫沖擊韌性的熱處理方法。
背景技術(shù)：
：由于我國煤炭資源豐富，火電在我國的能源結(jié)構(gòu)中長期占據(jù)主導地位，研究表明，在未來的20年中，火電仍然會保持較高的比例。在燃煤發(fā)電領域，同時提高蒸汽的溫度和壓力是提高發(fā)電機組熱效率的關鍵，可有效地節(jié)約煤炭的消耗，降低有害氣體的排放，達到環(huán)境友好的目的。在600℃超超臨界火電機組，甚至更高參數(shù)的機組中，高cr的奧氏體耐熱鋼由于其良好的抗蒸汽氧化性能和抗煙氣腐蝕性能而被廣泛應用于服役工況最苛刻的鍋爐末級過熱器和再熱器中。但是，較高的cr含量同時為晶界m23c6相的析出和長大提供了良好的動力學條件。許多奧氏體耐熱鋼在長期時效后，晶界碳化物有迅速長大，連成網(wǎng)狀分布的現(xiàn)象發(fā)生，這將降低晶界的結(jié)合力，使材料室溫沖擊韌性大幅度下降。這種現(xiàn)象將會嚴重影響機組的安全運行，縮短機組部件的使用壽命。技術(shù)實現(xiàn)要素：針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種提高奧氏體耐熱鋼時效后室溫沖擊韌性的熱處理方法，能夠有效地減緩時效后沖擊韌性下降的幅度，提高時效后耐熱鋼的沖擊韌性，為電廠機組的安全運行提供保障。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：一種提高奧氏體耐熱鋼時效后室溫沖擊韌性的熱處理方法，包括如下步驟，步驟1，將奧氏體耐熱鋼加熱至1220℃～1240℃；步驟2，將加熱后的奧氏體耐熱鋼在1220℃～1240℃下保溫15min～25min；步驟3，將保溫后的奧氏體耐熱鋼以3℃/min～5℃/min的冷卻速率降溫至1060℃～1100℃；步驟4，將降溫至1060℃～1100℃奧氏體耐熱鋼水冷至室溫。優(yōu)選的，包括如下步驟，步驟1，將奧氏體耐熱鋼加熱至1230℃；步驟2，將加熱后的奧氏體耐熱鋼在1230℃下保溫20min；步驟3，將保溫后的奧氏體耐熱鋼以4℃/min的冷卻速率降溫至1080℃；步驟4，將降溫至1080℃奧氏體耐熱鋼水冷至室溫。優(yōu)選的，所述的奧氏體耐熱鋼的成分按重量百分比計包括，ni17-23％，cr24-26％，mn≤2.0％，nb0.2-0.6％，si≤0.75％，n0.15-0.35％，c0.04-0.10％，b0.002％，zr0.002％，p≤0.03％，co4.6％，v0.1％，ce0.005％，余量為fe。優(yōu)選的，所述的奧氏體耐熱鋼的成分按重量百分比計包括，ni19％，cr24％，nb0.6％，si0.3％，n0.18％，c0.10％，b0.002％，zr0.002％，p0.02％，co4.6％，v0.1％，ce0.005％，余量為fe。優(yōu)選的，步驟1中，奧氏體耐熱鋼的加熱速率為100-120℃/s。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：本發(fā)明通過控制熱處理溫度、保溫時間和降溫速率，達到析出第二相和產(chǎn)生一定量鋸齒晶界的目的，實現(xiàn)性能的優(yōu)化。奧氏體耐熱鋼在均勻化處理后，微觀組織由奧氏體基體和粗大的mx相組成，1220℃～1240℃下保溫15min～25min可使這些粗大的相盡可能多的回溶到基體中，使合金元素更加均勻，為下一步析出相析出強化做準備。利用步驟1和步驟2熱處理工藝可將奧氏體耐熱鋼晶粒度控制在4～7級，滿足gb5310-2008要求，使其在高溫下具有良好的力學性能。步驟1和步驟2熱處理后的控制冷卻處理使晶內(nèi)析出z相、nb(c、n)相與m23c6相和產(chǎn)生鋸齒型晶界的關鍵。由于控制冷卻工藝的加入，使得晶內(nèi)析出z相、nb(c、n)相與m23c6相，第二相的析出可降低晶內(nèi)cr元素在金屬服役期間向晶界擴散的速率，減緩了因晶界m23c6相長大并連續(xù)導致的晶界弱化，從而達到優(yōu)化合金力學性能的目的。同時，鋸齒型晶界的產(chǎn)生也可有效地提高合金的高溫性能，減緩時效后合金沖擊韌性的降幅。本發(fā)明采用的熱處理工藝方法具有工藝步驟簡單、易于操作和成本低等特點。經(jīng)本發(fā)明處理后的奧氏體耐熱鋼在650℃下時效200h后的沖擊韌性降幅有了明顯改善，時效500h后的沖擊韌性也有所提高，是提高奧氏體耐熱鋼時效后室溫沖擊韌性性能的有效手段。附圖說明圖1位標準熱處理工藝圖。圖2為本發(fā)明所述方法的熱處理工藝圖。圖3為經(jīng)本發(fā)明實例1所述方法處理后奧氏體耐熱鋼微觀組織示意圖。圖4為經(jīng)本發(fā)明實例1所述方法處理后奧氏體耐熱鋼鋸齒晶界示意圖。具體實施方式下面結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明，所述是對本發(fā)明的解釋而不是限定。本發(fā)明通過控制熱處理溫度、保溫時間和冷卻速率，達到析出z相、細小的nb(c、n)相和m23c6相的目的，同時配合產(chǎn)生一定量的鋸齒型晶界來提高奧氏體耐熱鋼時效后的室溫沖擊韌性。本發(fā)明一種提高時效后奧氏體耐熱鋼室溫沖擊韌性的熱處理方法，其奧氏體耐熱鋼的化學成分見表1。表1本發(fā)明所述奧氏體耐熱鋼的化學成份(質(zhì)量％，余量為fe)。本發(fā)明所述方法包括如下步驟，步驟1，將奧氏體耐熱鋼加熱至1220℃～1240℃；步驟2，將步驟1的奧氏體耐熱鋼在1220℃～1240℃下保溫15min～25min；步驟3，將步驟2的奧氏體耐熱鋼以3℃/min～5℃/min的冷卻速率降溫至1060℃～1100℃；步驟4，將步驟3的奧氏體耐熱鋼水冷至室溫。具體的，如下實例所述。實例1本發(fā)明一種提高奧氏體耐熱鋼時效后室溫沖擊韌性的熱處理方法，包括如下步驟，步驟1，將奧氏體耐熱鋼加熱至1230℃；步驟2，將加熱后的奧氏體耐熱鋼在1230℃下保溫20min；步驟3，將保溫后的奧氏體耐熱鋼以4℃/min的冷卻速率降溫至1080℃；步驟4，將降溫至1080℃奧氏體耐熱鋼水冷至室溫。其中，本實例中奧氏體耐熱鋼的化學成分見表2。表2實例1中奧氏體耐熱鋼的化學成分(質(zhì)量％，余量為fe)。nicrnbsincbzrpcovce19240.60.30.180.10.0020.0020.024.60.10.005本實例中樣品為5mm×10mm×55mm的標準夏比“v”型缺口沖擊試樣。分別利用如圖1的標準固溶處理和如圖2的本發(fā)明工藝處理后，在650℃下時效0小時、200小時和500小時。兩種工藝均實現(xiàn)均勻化成分和控制晶粒度的目的，兩者的熱處理工藝圖見圖1和圖2。對時效后的樣品進行切割、研磨、腐蝕，并在掃描電子顯微鏡(sem)下觀察，利用透射電子顯微鏡(tem)進行相分析，發(fā)現(xiàn)經(jīng)本發(fā)明工藝處理的合金較標準固溶處理后的合金來看，晶內(nèi)有z相、nb(c、n)相與m23c6相析出，如圖3所示，通過相分析，其中包括z相、細小的nb(c、n)相和m23c6相在晶內(nèi)彌散析出；并且部分晶界出現(xiàn)了鋸齒化的現(xiàn)象，如圖4所示，能夠看到有一定數(shù)量的鋸齒型晶界產(chǎn)生。晶內(nèi)z相與m23c6相中cr含量較高，由于析出相中cr的穩(wěn)定性強于固溶狀態(tài)的cr，經(jīng)過長期時效后，經(jīng)本發(fā)明工藝處理后的耐熱鋼中，向晶界擴散的cr元素數(shù)量減少，減弱晶界處形成m23c6相的動力學條件，可有效地抑制晶界m23c6相在時效過程中的連續(xù)和長大，從而達到提高時效后室溫沖擊韌性的目的。鋸齒型晶界的產(chǎn)生在長期時效后可以提高晶界的強度，可以配合第二相的強化作用對合金時效后室溫沖擊韌性起到優(yōu)化效果。利用標準固溶處理和本發(fā)明提出的熱處理方法對實驗用耐熱鋼沖擊試樣處理后，在650℃下分別時效0小時、200小時和500小時后的沖擊性能如表3所示。表3實例1中合金在650℃下熱暴露后的沖擊韌性。綜合上述實驗結(jié)果，利用本發(fā)明提出提高奧氏體耐熱鋼時效后室溫沖擊韌性的熱處理方法在有效減小一次mx相的尺寸的同時，可析出z相、nb(c、n)相與m23c6相，并配合產(chǎn)生鋸齒型晶界。通過對mx相的尺寸的控制，z相、nb(c、n)相與m23c6相的析出和晶界形狀的調(diào)控，可有效減緩時效0至200小時后室溫沖擊韌性的降幅，提高時效500小時后的室溫沖擊韌性。實例2本發(fā)明一種提高奧氏體耐熱鋼時效后室溫沖擊韌性的熱處理方法，包括如下步驟，步驟1，將奧氏體耐熱鋼加熱至1220℃；步驟2，將加熱后的奧氏體耐熱鋼在1220℃下保溫25min；步驟3，將保溫后的奧氏體耐熱鋼以5℃/min的冷卻速率降溫至1100℃；步驟4，將降溫至1100℃奧氏體耐熱鋼水冷至室溫。其中，本實例中奧氏體耐熱鋼的化學成分見表2。表2實例1中奧氏體耐熱鋼的化學成分(質(zhì)量％，余量為fe)。nicrmnnbsincbzrpcovce17252.00.60.750.150.040.0020.0020.034.60.10.005實例3本發(fā)明一種提高奧氏體耐熱鋼時效后室溫沖擊韌性的熱處理方法，包括如下步驟，步驟1，將奧氏體耐熱鋼加熱至1240℃；步驟2，將加熱后的奧氏體耐熱鋼在1240℃下保溫15min；步驟3，將保溫后的奧氏體耐熱鋼以3℃/min的冷卻速率降溫至1060℃；步驟4，將降溫至1060℃奧氏體耐熱鋼水冷至室溫。其中，本實例中奧氏體耐熱鋼的化學成分見表2。表2實例1中奧氏體耐熱鋼的化學成分(質(zhì)量％，余量為fe)。nicrmnnbsincbzrpcovce23261.00.20.10.350.070.0020.0020.014.60.10.005當前第1頁12