T92鋼亞穩兩相區二次熱處理細化馬氏體板條的方法

2023-06-01 04:46:51

T92鋼亞穩兩相區二次熱處理細化馬氏體板條的方法
【專利摘要】本發明涉及了一種T92鋼亞穩兩相區二次熱處理細化馬氏體板條的方法；將試樣以4～20℃/s的速度從奧氏體化溫度冷卻至溫度T1，溫度T1在馬氏體相變開始溫度與結束溫度之間；保溫5-30 min，以10～50℃/s速度加熱至T2溫度，並在T2溫度保溫5-30 min，T2溫度略高於馬氏體相變開始溫度；最後以4～50℃/s的冷卻速度冷卻至室溫。通過在亞穩兩相區進行二次退火處理顯著細化馬氏體板條，通過細晶強化機制提高鋼的力學性能；細化板條馬氏體促進細小彌散的M23C6和MX析出，由於第一次相變產生的馬氏體組織含碳量降低，減小服役過程中M23C6顆粒尺寸，通過彌散強化機制提高了鋼的力學性能。
【專利說明】T92鋼亞穩兩相區二次熱處理細化馬氏體板條的方法

【技術領域】
[0001]本發明屬於高鉻鐵素體耐熱鋼生產【技術領域】，涉及一種在T92鐵素耐熱鋼中通過在亞穩兩相區內進行二次熱處理來獲得細小馬氏體板條的方法。

【背景技術】
[0002]能源是人類賴以生存的物質基礎，人類社會的發展離不開新能源的出現和能源技術的發展和使用，能源發展與環境之間的矛盾已成為全世界全人類共同關注的問題。目前，火力發電是全球尤其是我國的最主要的能源供應方式。為了解決能源與環境的矛盾，節約煤炭的消耗，減少環境汙染，提高發電機組的效率成為了我國乃至全球的緊迫任務。提高火力發電機組參數，是提高機組熱效率和節能環保的主要途徑，鍋爐參數從超臨界轉變為超超臨界，電廠的熱效率可以提高10%以上。因此，超超臨界機組的發展已成為全球各國火力發電工業的重要任務。隨著蒸汽壓力和溫度的不斷提高，對電廠機組鍋爐管道用鋼的性能要求也越來高，傳統的低合金鐵素體耐熱鋼用於亞臨界機組已經達到其使用極限，因此新型耐熱鋼的發展成為建設超臨界/超超臨界機組的關鍵技術之一。9-12% Cr鐵素體耐熱鋼是繼傳統鐵素體耐熱鋼之後，開發出來的新型鋼種，與後者相比其具有更好的高溫力學性能、抗腐蝕性和焊接性能。9-12% Cr鐵素體耐熱鋼廣泛應用於電廠鍋爐管仲，此類鋼種的出現，推動了超臨界和超超臨界發電機組的迅速發展。
[0003]9-12 % Cr鐵素體耐熱鋼的室溫組織是板條馬氏體組織，板條馬氏體組織也是9-12% Cr鐵素體耐熱鋼的服役組織，因此，馬氏體組織的性能直接影響到鋼的力學性能，從而關係到電廠鍋爐的安全性。鐵素體耐熱鋼的常規熱處理是正火與回火，通過正火與回火得到組織均勻的回火板條馬氏體組織。這種常規的熱處理工藝，不會提高鐵素體耐熱鋼的力學性能。隨著超超臨界電廠的發展，為了獲得更好的熱效率，工作溫度和壓力在不斷提高，通過常規熱處理的9-12% Cr鐵素體耐熱鋼越來越難以適用，這就需要開發新的熱處理工藝。通過探索先進的熱處理工藝來提高材料的力學性能是耗能最小、最環保也是最經濟的途徑。
[0004]T92是9-12% Cr鐵素體耐熱鋼的代表性鋼種，它是在T91鋼的基礎上對其成分進行優化和調整，開發出來的新型鐵素體耐熱鋼。通過添加1.5?2.0 %的W形成W-Mo複合固溶強化，減少Mo的含量至0.3?0.6%以避免組織中δ -鐵素體的形成，調整了 V和Nb含量以形成碳氮化物彌散沉澱強化，並加入了 0.001?0.006%的B組元來形成晶界強化。與Τ91鋼相比，Τ92鋼具有同樣優良的導熱性、韌性、加工工藝性和焊接性能，但在600°C以上使用時，T92鋼的蠕變性能和持久強度遠高於T91鋼，因此T92鋼是替代T91鋼的最理想材料。
[0005]近年來，出現一種新型淬火和配分(Q&P)熱處理工藝，主要應用於TRIP鋼。其目的是為了在室溫組織中產生一定量的殘餘奧氏體，當TRIP鋼受到載荷作用發生變形時，會使鋼中的殘餘奧氏體發生應變誘發馬氏體相變，使得鋼的強度，尤其是塑性顯著提高。對於9-12% Cr鐵素體耐熱鋼，由於其淬透性很好，即使採用Q&P熱處理工藝也很難在室溫下形成殘留奧氏體，但可以通過改進Q&P熱處理工藝以細化其板條馬氏體組織，眾所周知，細化馬氏體板條能夠顯著提高鋼的力學性能。


【發明內容】

[0006]針對上述現有技術，本發明提供了一種可適用於T92鐵素體耐熱鋼的新型熱處理工藝，通過在亞穩兩相區進行二次退火處理，可以獲得細小的板條馬氏體，有利於提高鐵素體耐熱鋼的力學性能。
[0007]具體技術方案如下:
[0008]在T92鐵素體耐熱鋼中獲得細小板條馬氏體的熱處理工藝，步驟如下(其流程圖見圖1):
[0009]I)以4?20°C /s的冷卻速度，將試樣從奧氏體化溫度冷卻至馬氏體相變開始溫度與結束溫度之間的任意溫度T1，並在該溫度保溫5-30min ；
[0010]2)將保溫後的試樣以10?50°C /s的加熱速度加熱至高於馬氏體相變開始溫度的T2,並在此溫度T2保溫5?30min ；
[0011]3)將保溫後的試樣以4?50°C /s的冷卻速度，將試樣冷卻至室溫。
[0012]所述的步驟2)的高於馬氏體相變開始溫度的T2為:馬氏體相變開始溫度+50C^ T2彡馬氏體相變開始溫度+100°C。
[0013]本發明中，將T92鐵素體耐熱鋼從奧氏體化溫度冷卻至Ms與Mf之間的某一溫度，在此過程中，T92鋼發生第一次馬氏體相變，由於溫度未達Mf，因此馬氏體相變未發生完全，會殘留一部分未轉變奧氏體；當在T1或T2溫度保溫時，鋼中的碳原子發生從馬氏體向未轉變奧氏體的再分配，使得未轉變奧氏體的碳含量增加，穩定性提高；當從保溫溫度冷卻至室溫的過程中，未轉變奧氏體發生第二次馬氏體相變，由於奧氏體含碳量高，較穩定，因此產生細小的板條馬氏體。
[0014]本發明優點:
[0015]1.通過在亞穩兩相區進行二次退火處理顯著細化馬氏體板條，通過細晶強化機制提聞鋼的力學性能；
[0016]2.細化的板條馬氏體可促進細小彌散的M23C6和MX析出，且由於第一次相變產生的馬氏體組織含碳量降低，可以減小服役過程中M23C6顆粒尺寸，因此也通過彌散強化機制提聞了鋼的力學性能；
[0017]3.操作簡單，耗能少，成本低；

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1所示為本發明熱處理工藝的流程示意圖；
[0019]圖2為本發明實施例1中T92鐵素體耐熱鋼熱處理過程中的線膨脹曲線；
[0020]圖3為本發明實施例1中T92鐵素體耐熱鋼熱處理後的透射電鏡照片，其中(a)是在330°C分別保溫15min，(b)是在330°C分別保溫25min ；
[0021]圖4為本發明實施例2中T92鐵素體耐熱鋼熱處理過程中的線膨脹曲線；
[0022]圖5為本發明實施例2中T92鐵素體耐熱鋼熱處理後的透射電鏡照片，其中(a)是在500°C分別保溫15min，(b)是在500°C分別保溫25min ；
[0023]圖6為本發明實施例2中T92鐵素體耐熱鋼熱處理後得到的超細板條馬氏體的透射電鏡照片，其中(a)是明場像，(b)是暗場像與選區電子衍射斑點。

【具體實施方式】
[0024]下面結合【具體實施方式】對本發明作進一步詳細地描述。
[0025]本發明涉及的T92鐵素體耐熱鋼廣泛應用於電廠高溫過熱器、再熱器、主蒸汽管以及水冷壁管等。T92鐵素體耐熱鋼按照質量百分比具有以下化學成分:C:0.09% ；Cr:8.95% ；ff:1.77% ；Mo:0.33% ；S1:0.42% ；Mn:0.40% ；N1:0.20% ；Cu:0.03% ；V:0.18% ；Nb:0.06% ；B:0.0013% ;其餘為Fe和不可避免的雜質。在此鋼中獲得細小板條馬氏體的熱處理工藝的具體步驟是:
[0026]將試樣(如以10°C /s的加熱速度，從室溫加熱至900-1200°C (奧氏體化溫度，AT)，保溫15-30min以完成奧氏體化)得到組織均勻的全奧氏體組織；以4?20°C /s的冷卻速度，將試樣從奧氏體化溫度冷卻至某一溫度T1，溫度T1在馬氏體相變開始溫度(Ms)與結束溫度(Mf)之間；然後將試樣在!\溫度保溫5-30min，然後以10°C?50°C /s的加熱速度加熱至T2溫度，並在T2溫度保溫5-30min，其中T2溫度略高於馬氏體相變開始溫度(Ms);最後以4?50°C /s的冷卻速度，將試樣冷卻至室溫。T2為:馬氏體相變開始溫度+5°C ^ T2 ^馬氏體相變開始溫度+100°C。
[0027]以下是本發明的具體實施例，但本發明不限於下述實施例。
[0028]實施例1:
[0029]本實施例用T92鐵素體耐熱鋼的馬氏體相變開始溫度Ms為400°C，馬氏體相變結束溫MfS 220°C。從T92鋼管中截取試樣，並進行如下亞穩兩相區熱處理工藝:將試樣從室溫加熱完全奧氏體化；然後開始以4°C /s的冷卻速度，從奧氏體化溫度冷卻至330°C ;將試樣在330°C分別保溫15min和25min ;然後以50°C /s的加熱速率加熱至405°C，保溫5min以後以4°C /s的冷卻速度，將兩個試樣降至室溫。
[0030]圖2所示為本實施例中T92鐵素體耐熱鋼整個冷卻過程中的線膨脹曲線，從中可以看到發生了兩次馬氏體相變。第一次馬氏體相變的開始溫度等於Ms，在330°C保溫過程中，由於未轉變奧氏體碳含量增加，穩定性提高，導致第二次馬氏體相變的開始溫度低於保溫溫度。圖3所示為熱處理後T92鋼的室溫透射電鏡照片，其中(a)為保溫15min的試樣，(b)為保溫25min的試樣。從圖中可以看到兩個試樣中均產生了細小的板條馬氏體，板條寬度平均為0.19 μ m和0.18 μ m。
[0031]實施例2:
[0032]從T92鋼管中截取試樣，並進行如下亞穩兩相區二次熱處理工藝:試樣從室溫加熱至奧氏體區；然後以4°C /s的冷卻速度，從奧氏體化溫度冷卻至330°C ;以10°C /s的加熱速度加熱至500°C;將試樣在500°C分別保溫15min和25min ;最後以4°C /s的冷卻速度，將兩個試樣從500°C降至室溫。
[0033]圖4所示為本實施例中T92鐵素體耐熱鋼整個冷卻過程中的線膨脹曲線，從中可以看到發生了兩次馬氏體相變。第一次馬氏體相變的開始溫度等於Ms，在500°C保溫過程中，由於未轉變奧氏體碳含量增加，穩定性提高，導致第二次馬氏體相變的開始溫度低於保溫溫度，同時也低於實施例1中第二次馬氏體相變的開始溫溫度，這是由於保溫溫度越高，碳的再分配速率越快，導致未轉變奧氏體含碳量更高，更穩定。圖5所示為熱處理後T92鋼的室溫透射電鏡照片，其中(a)為保溫15min的試樣，(b)為保溫25min的試樣。從圖中可以看到兩個試樣中均產生了細小的板條馬氏體,板條寬度約為0.16μπι和0.15 μ m，板條寬度比實施例1中的更小，這也是由於保溫溫度升高所導致的。同時在500°C保溫25min的試樣中發現了超細的板條馬氏體，其板條寬度小於50nm，如圖6(a)、(b)所示。
[0034]實施例3:
[0035]本實施例用T92鐵素體耐熱鋼的馬氏體相變開始溫度Ms為400°C，馬氏體相變結束溫MfS 220°C。從T92鋼管中截取試樣，並進行如下亞穩兩相區熱處理工藝:將試樣從室溫加熱至奧氏體區；然後開始以20°C /s的冷卻速度，從奧氏體化溫度冷卻至330°C ;將試樣在330°C分別保溫15min和25min ;然後以30°C /s的加熱速率加熱至420°C，保溫20min以後以50°C /s的冷卻速度，將兩個試樣降至室溫。
[0036]經上述亞穩兩相區二次熱處理以後，兩個試樣中均產生了細小的板條馬氏體，板條寬度平均為0.17 μ m和0.14 μ m。
[0037]實施例4:
[0038]本實施例用T92鐵素體耐熱鋼的馬氏體相變開始溫度Ms為400°C，馬氏體相變結束溫Mf為220°C。從T92鋼管中截取試樣，並進行如下亞穩兩相區熱處理工藝:將試樣從室溫加熱至奧氏體區；然後開始以ITC /s的冷卻速度，從奧氏體化溫度冷卻至330°C ;將試樣在330°C分別保溫20min ;然後以10°C /s的加熱速率加熱至440°C，保溫30min以後以400C /s的冷卻速度，將兩個試樣降至室溫。
[0039]經上述亞穩兩相區二次熱處理以後，T92鐵素體耐熱鋼試樣中板條馬氏體的平均寬度為0.17 μ m。
[0040]實施例5:
[0041 ] 本實施例用T92鐵素體耐熱鋼的馬氏體相變開始溫度Ms為400°C，馬氏體相變結束溫Mf為220°C。從T92鋼管中截取試樣，並進行如下亞穩兩相區熱處理工藝:將試樣從室溫加熱至奧氏體區；然後開始以ITC /s的冷卻速度，從奧氏體化溫度冷卻至345°C ;將試樣在330°C分別保溫20min ;然後以30°C /s的加熱速率加熱至460°C，保溫15min以後以400C /s的冷卻速度，將兩個試樣降至室溫。
[0042]經上述亞穩兩相區二次熱處理以後，T92鐵素體耐熱鋼試樣中板條馬氏體的平均寬度為0.18 μ m。
【權利要求】
1.一種T92鋼亞穩兩相區二次熱處理細化馬氏體板條的方法，其特徵是步驟如下: 1)以4?20°C/s的冷卻速度，將試樣從奧氏體化溫度冷卻至馬氏體相變開始溫度與結束溫度之間的任意溫度T1，並在該溫度保溫5-30min ； 2)將保溫後的試樣以10?50°C/s的加熱速度加熱至高於馬氏體相變開始溫度的T2,並在此溫度T2保溫5?30min ； 3)將保溫後的試樣以4?50°C/s的冷卻速度，將試樣冷卻至室溫。
2.如權利要求1所述的方法，其體制是所述的步驟2)的高於馬氏體相變開始溫度的T2為:馬氏體相變開始溫度+5°C彡T2彡馬氏體相變開始溫度+100°C。
【文檔編號】C21D1/26GK104357632SQ201410531759
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月10日 優先權日:2014年10月10日
【發明者】劉永長, 許林青, 劉晨曦, 餘黎明, 馬宗青 申請人:天津大學