一種適用于奧氏體耐熱鋼爐管材料的熱處理方法
【專利摘要】本發明公開了一種適用于奧氏體耐熱鋼爐管材料的熱處理方法，包括步驟：將鑄態奧氏體耐熱鋼爐管材料放置到加熱爐中，再將加熱至1120-1200℃，并保溫1-3h進行固溶處理，然后用15-30min的時間將溫度降至950-1080℃，并保溫2-5h，再用30-120min將溫度降至600-900℃，保溫10-35h后冷卻至室溫，完成適用于奧氏體耐熱鋼爐管材料的熱處理。本發明處理的奧氏體耐熱鋼爐管材料具有優異的高溫力學性能，并且成本低，滿足600℃級火電機組過熱器/再熱器對材料的性能要求。
【專利說明】一種適用于奧氏體耐熱鋼爐管材料的熱處理方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于金屬熱處理【技術領域】，涉及一種適用于奧氏體耐熱鋼爐管材料的熱處 理方法。
【背景技術】
[0002] 與鐵素體耐熱鋼相比，奧氏體耐熱鋼具有更加優異的高溫力學性能及抗氧化/抗 腐蝕性能，因此作為高溫低應力部件材料而在多個行業中獲得應用。以火電行業為例，近年 來隨著高效、節能、環保成為電力行業發展的主題，超臨界火電機組成為火電行業技術發展 的重點。與此同時，火電機組的蒸汽參數不斷提高，對材料的性能提出了更大的挑戰。尤其 對于機組中過熱器/再熱器等服役工況最嚴苛的關鍵部件，隨著蒸汽參數達到600°C以上， 傳統的TP91、NF616、HCM12A等鐵素體耐熱鋼已無法滿足使用性能要求。因此，目前國內外 主要采用Super 304H、HR3C等奧氏體耐熱鋼作為600°C級火電機組過熱器/再熱器管道首 選材料，并獲得了較好的應用效果。
[0003] 然而，國內對這幾種奧氏體耐熱鋼制備與加工工藝方面與國外差距明顯。目前，我 國雖然也已實現了 Super 304H(S30432)、HR3C(S31042)等過熱器/再熱器材料的國產化， 但其成本高昂且使用性能不穩定，至今未能在電力行業中獲得廣泛應用。因此，我國600°C 級超超臨界機組過熱器/再熱器材料至今仍嚴重依賴進口。
[0004] 除火電行業外，我國自主生產的奧氏體耐熱鋼在石化、核電等領域均獲得了較成 功的應用。例如，采用離心鑄造工藝制備20Cr32NiNb合金（ASTM:A 351-03 Grade CT 15C) 及其高C改性合金已完全實現了國產化生產。這類材料一般在鑄態下使用，無需后續處理， 因而具有工藝簡單，成本低廉等優勢，并在石化行業中的制氫轉化爐中獲得推廣。應用結果 表明，這類材料可以滿足KKKTC以下的高溫環境對材料抗氧化/抗腐蝕性能的要求，同時 其具備較好的高溫持久強度性能及抗熱疲勞性能。但其服役壓力較小，尚不能滿足600°C級 火電機組過熱器/再熱器對材料的性能要求。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供了一種適用于奧氏體耐熱鋼爐 管材料的熱處理方法，該方法處理的奧氏體耐熱鋼爐管材料具有優異的高溫力學性能，并 且成本低，滿足600°C級火電機組過熱器/再熱器對材料的性能要求。
[0006] 為達到上述目的，本發明所述的適用于奧氏體耐熱鋼爐管材料的熱處理方法，其 特征在于，包括步驟：
[0007] 將鑄態奧氏體耐熱鋼爐管材料放置到加熱爐中，再將加熱至1120_1200°C，并保溫 l-3h進行固溶處理，然后用15-30min的時間將溫度降至950-1080°C，并保溫2-5h，再用 30-120min將溫度降至600-900°C，保溫10_35h后隨爐冷卻至室溫，完成適用于奧氏體耐熱 鋼爐管材料的熱處理。
[0008] 所述奧氏體耐熱鋼爐管材料為20Cr32NiNb合金或高C改性20Cr32NiNb合金。
[0009] 固溶處理后奧氏體耐熱鋼爐管材料晶界處由不連續的MC組成，晶界M23C6型碳化 物體積分數小于3. 0%，晶內碳化物體積分數低于1. 5%。
[0010] 經用15-30min的時間將溫度降至950-1080°C，并保溫2-5h后，奧氏體耐熱鋼爐管 材料晶界處出現不連續M23C6型二次碳化物析出，M23C6型二次碳化物的尺寸均小于等于 5 μ m〇
[0011] 在30-120min內將溫度降至600-900°C，并在這一溫度范圍保溫10-35h，最終獲得 的組織中晶界處碳化物形成連續膜狀結構且占晶界面積大于70%，晶內彌散分布有二次碳 化物顆粒，且所述二次碳化物顆粒的尺寸小于等于5 μ m。
[0012] 本發明具有以下有益效果：
[0013] 本發明所述的適用于奧氏體耐熱鋼爐管材料的熱處理方法對鑄態奧氏體耐熱鋼 爐管材料進行熱處理時，先將鑄態奧氏體耐熱鋼爐管材料放置到加熱爐中，然后將鑄態奧 氏體耐熱鋼爐管材料加熱至1120-1200°C，并保溫，再將溫度降至950-1080°C，并保溫，然 后在30-120min內將溫度降至600-900°C，并保溫10_35h，最后再降至室溫，操作方便、簡 單，并且成本低。經本發明熱處理后的適用于奧氏體耐熱鋼爐管材料晶界碳化物呈連續膜 狀結構，內部彌散分布二次碳化物顆粒且尺寸不大于5 μ m，同時在溫度為750°C的屈服強 度達到180MPa以上，室溫及高溫延伸率均高于18%，滿足600°C級火電機組過熱器/再熱 器對材料的性能要求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014] 圖1為傳統的鑄態20Cr32NiNb合金的XRD分析結果；
[0015] 圖2為本發明中實施例一得到的20Cr32NiNb合金的XRD分析結果；
[0016] 圖3為本發明中實施例二得到的20Cr32NiNb合金的XRD分析結果；
[0017] 圖4為傳統的鑄態高C改性20Cr32NiNb合金的XRD分析結果；
[0018] 圖5為本發明中實施例三得到的高C改性20Cr32NiNb合金的XRD分析結果；
[0019] 圖6為本發明中實施例四得到的高C改性20Cr32NiNb合金的XRD分析結果；
[0020] 圖7為本發明中實施例二得到的20Cr32NiNb合金組織SEM觀察結果；
[0021] 圖8為本發明中實施例一得到的20Cr32NiNb合金組織SEM觀察結果。
【具體實施方式】
[0022] 下面結合附圖對本發明做進一步詳細描述：
[0023] 實施例一
[0024] 對20Cr32NiNb合金進行熱處理，包括以下步驟：
[0025] 將鑄態20Cr32NiNb合金放置到加熱爐中，加熱至1200°C并保溫2h進行固溶處理， 然后用20min的時間將溫度降至1050°C并保溫2. 5h，再用120min將溫度降至650°C并保溫 I. 5h，之后升溫至850°C，保溫18h后隨爐冷卻至室溫，完成20Cr32NiNb合金的熱處理。
[0026] 實施例二
[0027] 對20Cr32NiNb合金進行熱處理，包括以下步驟：
[0028] 將鑄態20Cr32NiNb合金放置到加熱爐中加熱至1200°C，并保溫2h進行固溶處理， 然后用20min的時間將溫度降至1050°C并保溫2. 5h，再用90min將溫度降至750°C，保溫 30h后隨爐冷卻至室溫，完成20Cr32NiNb合金的熱處理。
[0029] 實施例三
[0030] 對高C改性20Cr32NiNb合金進行熱處理，包括以下步驟：
[0031] 將鑄態高C改性20Cr32NiNb合金放置到加熱爐中加熱至1200°C，并保溫2h進 行固溶處理，然后用20min的時間將溫度降至1050°C并保溫2. 5h，再用120min將溫度 降至650°C并保溫I. 5h，之后升溫至850°C，保溫18h后隨爐冷卻至室溫，完成高C改性 20Cr32NiNb合金的熱處理。
[0032] 實施例四
[0033] 對高C改性20Cr32NiNb合金進行熱處理，包括以下步驟：
[0034] 將鑄態高C改性20Cr32NiNb合金放置到加熱爐中加熱至1200°C，并保溫2h進 行固溶處理，然后用20min的時間將溫度降至1050°C并保溫2. 5h，再用90min將溫度降至 750°C，保溫30h后隨爐冷卻至室溫，完成高C改性20Cr32NiNb合金的熱處理。
[0035] 實施例五
[0036] 對高C改性20Cr32NiNb合金進行熱處理，包括以下步驟：
[0037] 將鑄態高C改性20Cr32NiNb合金放置到加熱爐中，再將加熱至1120°C，并保溫Ih 進行固溶處理，然后用15min的時間將溫度降至950°C，并保溫2h，再用30min將溫度降至 600°C，保溫IOh后隨爐冷卻至室溫，完成高C改性20Cr32NiNb合金的熱處理。
[0038] 實施例六
[0039] 對20Cr32NiNb合金進行熱處理，包括以下步驟：
[0040] 將鑄態20Cr32NiNb合金放置到加熱爐中加熱至1180°C，并保溫3h進行固溶處理， 然后用30min的時間將溫度降至1080°C并保溫2h，再用120min將溫度降至900°C，保溫35h 后隨爐冷卻至室溫，完成20Cr32NiNb合金的熱處理。
[0041] 經檢測，固溶處理后奧氏體耐熱鋼爐管材料晶界處由不連續的MC組成，晶界 M23C6型碳化物體積分數小于3. 0%，晶內碳化物體積分數應低于1. 5%。經用15-30min 的時間將溫度降至950-1080°C，并保溫2-5h后，奧氏體耐熱鋼爐管材料晶界處出現不連 續M23C6型二次碳化物析出，M23C6型二次碳化物的尺寸均小于等于5μπι。同時，通過本 發明處理的奧氏體合金晶界碳化物呈連續膜狀結構且占晶界面積大于70%，晶粒內部彌散 分布二次碳化物顆粒且尺寸不大于5 μ m。利用本發明熱處理工藝制備的20Cr32NiNb合 金（ASTM :A 351-03 Grade CT 15C)及其高 C 改性 20Cr32NiNb 合金（C 含量為 0· 15-0. 25 wt. % )，在750°C屈服強度可達到180 MPa以上，室溫及高溫延伸率均高于18%。
[0042] 參考圖1、圖2及圖3,對實施例一及實施例二熱處理后的20Cr32NiNb合金的物相 組成與鑄態合金進行了比較分析，可以看出經時效處理后，合金組織中產生了大量〇 23(：6析 出。
[0043] 參考圖4、圖5及圖6,對實施例三及實施例四兩種熱處理態高C改性20Cr32NiNb 合金的物相組成與鑄態合金進行了比較分析，可以看出經時效處理后，合金組織中產生了 大量Cr23C 6析出。
[0044] 參考圖7及圖8,對實施例一及實施例二兩種熱處理態合金進行了顯微組織觀察， 結果發現合金晶界形成連續膜狀Cr 23C6，并在晶內有彌散分布的Cr23C6析出。
[0045] 表1列出了實施例一、實施例二、實施例三及實施例四的熱處理態合金與其鑄態 合金的性能比較結果，發現材料屈服強度改善顯著，室溫強度性能也獲得一定提升，其在 750°C屈服強度均高于180 MPa，較其鑄態時相比提高30%以上，室溫及高溫延伸率均高于 18%。由表中同樣可以看出，實施例四的合金與目前600°C機組過熱器/再熱器管常用材料 相比其力學性能明顯較好，具有在600°C級火電機組推廣應用的潛力。
[0046] 表 1
[0047]
【權利要求】
1. 一種適用于奧氏體耐熱鋼爐管材料的熱處理方法，其特征在于，包括步驟： 將鑄態奧氏體耐熱鋼爐管材料放置到加熱爐中，將其加熱至1120-1200°C，并保溫 l-3h進行固溶處理，然后用15-30min的時間將溫度降至950-1080°C，并保溫2-5h，最后在 30-120min內將溫度降至600-900°C，保溫10_35h后隨爐冷卻至室溫，完成適用于奧氏體耐 熱鋼爐管材料的熱處理。
2. 根據權利要求1所述的適用于奧氏體耐熱鋼爐管材料的熱處理方法，其特征在于， 所述奧氏體耐熱鋼爐管材料為20Cr32NiNb合金或高C改性20Cr32NiNb合金。
3. 根據權利要求1所述的適用于奧氏體耐熱鋼爐管材料的熱處理方法，其特征在于， 固溶處理后奧氏體耐熱鋼爐管材料晶界處由不連續的MC組成，晶界M23C6型碳化物體積分 數小于3. 0%，晶內碳化物體積分數低于1. 5%。
4. 根據權利要求1所述的適用于奧氏體耐熱鋼爐管材料的熱處理方法，其特征在于， 經用15-30min的時間將溫度降至950-1080°C，并保溫2-5h后，奧氏體耐熱鋼爐管材料晶界 處出現不連續M23C6型二次碳化物析出，M23C6型二次碳化物的尺寸均小于等于5 ii m。
5. 根據權利要求1所述的適用于奧氏體耐熱鋼爐管材料的熱處理方法，其特征在于， 在30-120min內將溫度降至600-900°C，并在這一溫度范圍保溫10_35h，最終獲得的組織 中晶界處碳化物形成連續膜狀結構且占晶界面積大于70 %，晶內彌散分布有二次碳化物顆 粒，且所述二次碳化物顆粒的尺寸小于等于5 ii m。
【文檔編號】C21D6/00GK104313285SQ201410384333
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年8月6日 優先權日:2014年8月6日
【發明者】嚴靖博, 谷月峰, 黨瑩櫻, 尹宏飛, 袁勇, 趙新寶, 魯金濤, 楊珍 申請人:華能國際電力股份有限公司, 西安熱工研究院有限公司