專利名稱：：高鉻鐵素體耐熱鋼微變形馬氏體板條組織細化方法
技術領域：
：本發明屬于高絡鐵素體耐熱鋼生產
技術領域：
，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化方法。
背景技術：
：耐熱鋼的發展與能源、動力和機械工業的進步緊密相關。在火力發電、核能、宇航、航空、石油和化工等領域中，耐熱鋼性能的優劣是成功與否的關鍵。近年來為解決日益突出的能源短缺及環境污染問題，高效率發電巳成為熱門話題。為提高熱效率，世界各國火力發電機組參數正向超(超)臨界參數發展，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為34.5Mpa、620~650'C的機組進行全面的研究，力求使熱效率提高10%以上，這樣發電單機每年少排放C02相當于26噸以上的發電用煤。由此可見，耐熱鋼的發展對我國正在實施的節能減排重大舉措的實現具有相當重要的意義。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生變化，使金屬高溫性能明顯惡化，從而影響設備運行的安全性。這一切要求鍋爐管用耐熱鋼具有如下優良的性能匹配①高的抗拉強度和屈服強度，良好的沖擊韌性；②優異的高溫持久性能、抗蠕變性能，良好的高溫組織穩定性；③良好的高溫抗氧化和抗蒸汽腐蝕性能；優良的冷熱加工性能、焊接性能及彎曲性能；低熱膨脹系數和良好導熱性；良好的經濟性能。為進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下使用的新型耐熱鋼材的研究與開發。美國、歐洲和日本等發達國家紛紛牽頭研發認證，一方面建立超(超)臨界發電機組的耐熱鋼體系，另一方面完善現有的耐熱鋼體系并研制開發更先進的耐熱鋼。國內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91r鐵素體耐熱鋼，通過采用合金化和組織控制，相應的高溫蠕變強度提高了近10倍，其中9~12%Cr高鉻鐵素體耐熱系鋼最高。因此，發達國家已將研發重點轉向了9~12%Cr系高絡鐵素體耐熱鋼。為提高鐵素體耐熱鋼的使用溫度和許用應力，亟需對高鉻鐵素體耐熱鋼組織形成及成形工藝進行系統研究，探索新的有效強化途徑。從組織來說，傳統熱處理后，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la和圖lb)，其中原奧氏體晶粒被分割成幾個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的粒狀MX型碳氮化物組成。正是由于這種馬氏體板條的細晶強化和析出的碳氮化物的沉淀強化賦予了91r系高鉻鐵素體耐熱鋼較好的力學性能。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化高鉻鐵素體耐熱鋼馬氏體板條組織的方法，從而進一步提高其高溫性能，具有很重要的實際意義。
發明內容本發明的目的就是采用高溫區微變形的方法來細化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，進而推進其在實際中的應用。本發明的高鉻鐵素體耐熱鋼微變形馬氏體板條組織細化方法，技術方案如下將高鉻鐵素體耐熱鋼經熱軋為管材或者板材，為確保能達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熱處理裝置中進行處理設定程序為升溫速率為3080K/min，從室溫升至12231323K后，保溫515分鐘，再以相同的冷卻速率降至10231073K,然后進行微小變形，所加壓應力大小為1040Mpa,加載310s后立即卸載，然后以相同的速率降至室溫。實驗用9~12%&系高鉻鐵素體耐熱鋼的化學成分范圍見表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爐中熔煉并進行真空精煉和爐外精煉兩個工藝過程，然后經熱軋為管材或者板材(壁厚一般應不大于6厘米，以確保正火后為板條馬氏體組織)。表l高鉻鐵素體耐熱鋼的化學成分范圍<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>本發明采用的細化高鉻鐵素體耐熱鋼馬氏體板條組織的方法，不同于傳統的加大應力加工變形的馬氏體板條細化組織方法。采用的加載應力小，加載時間短，所用的能耗比傳統方法大大減少，并且高鉻鐵素體耐熱鋼的性能有很大的改善，是一種非常有潛力的實用生產方法(如通過高鉻鐵素體耐熱鋼管生產中的精整工藝來實現)。從圖2和圖3的對比金相照片可以看到，.與未進行微變形處理試樣(見圖2)相比，采用本發明方法處理后的高絡鐵素體耐熱鋼試樣(見圖3)馬氏體板條組織細化顯著(其中馬氏體板條平均間距從微變形前的15.0微米細化為1048K微變形后的4.l微米)，在選定溫度(1023K、1030K、1048K、1058K和1073K)進行20Mpa微小壓應力變形后高鉻鐵素體耐熱鋼試樣組織中平均馬氏體板條間距均有明顯細化，其中細化幅度較小的是1073K，所對應的平均馬氏體板條間距為9.3微米，而細化效果最為顯著的是1048K(4.1微米)。對同成分的高鉻鐵素體耐熱鋼來說，采用微變形細化馬氏體板條組織后其相應的高溫性能明顯提高。圖5給出了在1023K、1030K、1048K、1058K和1073K進行微小壓應力變形(20Mpa)后高鉻鐵素體耐熱鋼所對應的200°C屈服強度大小。與沒有采用微變形細化馬氏體板條組織試樣相比(對應的屈服強度為512Mpa)，經微變形處理后的高鉻鐵素體耐熱鋼馬氏體板條組織越細小，其相應的屈服強度越高。1048K微變形高鉻鐵素體耐熱鋼的屈服強度最高(620Mpa),1073K微變形高鉻鐵素體耐熱鋼的屈服強度也有較大幅度的提高(535Mpa)，這表明該方法在生產過程中的通用性和重要性。圖la:高鉻鐵素體耐熱鋼典型馬氏體板條組織示意圖lb:高鉻鐵素體耐熱鋼典型碳氮化物分布示意圖2:微變形處理前高鉻鐵素體耐熱鋼典型金相組織；圖3:微變形處理后高鉻鐵素體耐熱鋼典型金相組織；圖4:不同溫度微變形高鉻鐵素體耐熱鋼馬氏體板條平均間距大小；圖5:不同溫度微變形高鉻鐵素體耐熱鋼200°C屈服強度大小。具體實施例方式本發明的具體技術方案實施例如下實施例l:對應高鉻鐵素體耐熱鋼實驗用高鉻鐵素體耐熱鋼的化學成分范圍見表l。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爐中熔煉并進行真空精煉和爐外精煉兩個工藝過程，然后經熱軋為管材或者板材。取熔配后的相同成分的試樣，用線切割從鋼管上切取圓柱形試樣，線膨脹試樣尺寸為直徑5mm、長10mm;清洗干燥后放入高頻感應熱處理裝置中進行處理設定程序為升溫速率為3080K/min，從室溫升至12231323K后，保溫515分鐘，再以相同的冷卻速率降至10231073K，然后進行微小壓應力變形，所加應力大小為1040Mpa，加載310s后立即卸載，然后以相同的速率降至室溫。實施例2:對應T91高鉻鐵素體耐熱鋼(1)試樣制備所用原料純度均高于9鄉，按表2既定成分配比(對應T91高鉻鐵素體耐熱鋼)后在電弧爐或感應爐中熔煉并進行真空精煉和爐外精煉兩個工藝過程，然后經熱軋為管材或者板材(壁厚1.5厘米)。表2T91高鉻鐵素體耐熱鋼的化學成分范圍<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>(2)微變形處理將試樣放入高頻感應熱處理裝置中進行處理設定程序為升溫速率為50K/min，從室溫升至1273K后，保溫5分鐘，再以相同的冷卻速率降至1030K，然后進行微小壓應力變形，所加應力大小為30Mpa,加載10s后立即卸載，然后以相同的速率降至室溫。經上述微變形處理后，該T91高鉻鐵素體耐熱鋼試樣組織中的平均馬氏體板條間距從15.0微米細化為6.2微米，所對應的200°C屈服強度從512Mpa提高到562Mpa。實施例3:對應T92高鉻鐵素體耐熱鋼(l)試樣制備所用原料純度均高于99%，按表3既定成分配比(對應T92高鉻鐵素體耐熱鋼)后在電弧爐或感應爐中熔煉并進行真空精煉和爐外精煉兩個工藝過程，然后經熱軋為管材或者板材(壁厚1.5厘米)。.表3T92高鉻鐵素體耐熱鋼的化學成分范圍<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>(2)微變形處理將試樣放入高頻感應熱處理裝置中進行處理設定程序為升溫速率為50K/min，從室溫升至1273K后，保溫5分鐘，再以相同的冷卻速率降至1073K，然后進行微小壓應力變形，所加應力大小為30Mpa，加載10s后立即卸載，然后以相同的速率降至室溫。經上述微變形處理后，該T92高鉻鐵素體耐熱鋼試樣組織中的平均馬氏體板條間距從15.3微米細化為7.2微米，所對應的200°C屈服強度從518Mpa提高到569Mpa。實施例4:對應T92鐵素體耐熱鋼(l)試樣制備所用原料純度均高于99%，按表3既定成分配比(對應T92鐵素體耐熱鋼)后在電弧爐或感應爐中熔煉并進行真空精煉和爐外精煉兩個工藝過程，然后經熱軋為管材或者板材(壁厚1.5厘米)。(2)微變形處理將試樣放入高頻感應熱處理裝置中進行處理設定程序為升溫速率為70K/min，從室溫升至1273K后，保溫10分鐘，再以相同的冷卻速率降至1048K，然后進行微小壓應力變形，所加應力大小為35Mpa,加載8s后立即卸載，然后以相同的速率降至室溫。經上述微變形處理后，該T92高鉻鐵素體耐熱鋼試樣組織中的平均馬氏體板條間距從15.3微米細化為5.6微米，所對應的200°C屈服強度從518Mpa提高到587Mpa。本發明提出的高鉻鐵素體耐熱鋼微變形馬氏體板條組織細化方法，已通過實施例進行了描述，相關技術人員明顯能在不脫離本發明的內容、精神和范圍內對本文所述的制作方法進行改動或適當變更與組合，來實現本發明的技術。特別需要指出的是，所有相類似的替換和改動對本領域技術人員來說是顯而易見的，他們都被視為包括在本發明精神、范圍和內容中。權利要求1.一種高鉻鐵素體耐熱鋼微變形馬氏體板條組織細化方法，將高鉻鐵素體耐熱鋼經熱軋為管材或者板材，為確保能達到要求的加熱和冷卻速度，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熱處理裝置中進行處理設定程序為升溫速率為30～80K/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，然后進行微小變形，所加壓應力大小為10～40Mpa，加載3～10s后立即卸載，然后以相同的速率降至室溫。全文摘要本發明涉及一種高鉻鐵素體耐熱鋼微變形馬氏體板條組織細化方法。將高鉻鐵素體耐熱鋼經熱軋為管材或者板材，為確保達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熱處理裝置中進行處理設定程序為升溫速率為30～80K/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，然后進行微小壓應力變形，所加應力大小為10～40MPa，加載3～10s后立即卸載，然后以相同的速率降至室溫。本發明采用的細化合金晶粒的方法，不同于傳統的加大應力加工變形的馬氏體板條細化組織方法。采用的加載應力小，加載時間短，所用的能耗比傳統方法大大減少，并且合金的高溫性能有很大的改善，是一種非常有潛力的實用生產方法。文檔編號C21D8/10GK101509058SQ200910068168公開日2009年8月19日申請日期2009年3月18日優先權日2009年3月18日發明者嚴澤生,劉晨曦,劉永長,寧保群,高志明申請人:天津大學