一种消除Super304H钢晶间腐蚀敏感性的方法技术

本发明专利技术公开了一种消除Super304H钢晶间腐蚀敏感性的方法，包括如下步骤：(1)固溶态试样制备：对Super304H钢管进行均匀化固溶处理，得到组织均匀的固溶态试样；然后切取平整的板状试样，进行表面研磨至平整光滑，作为喷丸处理的预处理试样；(2)喷丸态试样制备：设置一定的喷丸工艺参数，对表面研磨过的固溶态试样进行表面喷丸处理，在固溶态试样表面获得具有一定厚度和硬度的塑性变形层，得到喷丸态试样；(3)脱敏热处理：对喷丸态试样在一定温度和时间下进行脱敏处理，最终获得对晶间腐蚀不敏感的Super304H钢脱敏样品。本发明专利技术提供的方法对试样形状和尺寸基本没有限制，操作方便，成本低，工业化应用价值大，可以在不牺牲材料高温强度的前提下，快速有效地消除Super304H钢的晶间腐蚀敏感性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种经表面喷丸处理+脱敏热处理来消除Super304H钢晶间腐蚀敏感性的新型方法，属于超超临界火电机组新型锅炉耐热不锈钢领域。
技术介绍
火力发电在我国二次能源中的占比超过80％，带来巨大的环境污染问题。我国“十二五”计划提出了节能减排重点工程，为降低煤耗、提高效率、减少环境污染，发展先进高效的超超临界火电机组已成为火力发电技术发展的必然趋势。近年来，超超临界火电机组发展迅猛，主要得益于新型高强度耐热钢的开发和应用。日本住友金属公司开发的Super304H耐热奥氏体不锈钢(以下简称Super304H钢)是在ASME SA-213 TP304H基础上，提高了C含量，并加入约3％Cu、0.45％Nb和微量N，通过发挥各元素的固溶和弥散强化作用开发出来的具备较高的高温强度、高温塑性和抗高温氧化性能的新型高强度耐热钢。近年来我国大量安装并投入运行的超超临界机组中，过热器和再热器管的制造材料首选都是Super304H钢。但是，超超临界机组的过热器和再热器管的服役温度(600℃左右)正处于Super304H钢的敏化温度(450～825℃)的中心区域，Super304H钢中高的C含量必然使富铬碳化物(Cr23C6)更容易在晶界析出并形成贫铬区，导致Super304H钢具有更高的晶间腐蚀敏感性。近几年，国内多个在建超超临界锅炉在试水压阶段发生了严重的Super304H管晶间腐蚀敏感性诱发应力腐蚀的爆管事故。因此，发展一种消除Super304H钢晶间腐蚀敏感性的方法，对于
减少超超临界锅炉过热器和再热器管爆漏事故的发生，提高超超临界锅炉的安全运行水平具有非常重要的意义。众所周知，奥氏体不锈钢发生晶间腐蚀的原因是碳在敏化温度下以富铬碳化物的形式在晶界析出时消耗了晶界附近的铬，使晶界邻近区域形成了贫铬区，变得对晶间腐蚀敏感，这一过程称为“敏化”。因此目前防止Super304H钢晶间腐蚀的措施主要从遏制碳化物在晶界的析出来考虑，主要有：降低碳含量、优化元素成分配比、固溶处理等。这些措施在一定程度上可以缓解Super304H钢的晶间腐蚀敏感性，但是都有一定的局限性：(1)降低C含量虽然可以减低富铬碳化物的析出，但势必会降低C的固溶强化和析出强化效果，结果是部分牺牲了材料的高温强度；(2)优化元素成分配比，如把Nb含量接近标准上限，对于高碳的Super304H钢作用有限；(3)进行高温固溶处理把M23C6回溶入基体，在后续600℃的服役过程中，仍然会有M23C6在晶界析出，无法从根本上消除Super304H钢的晶间腐蚀敏感性。随着时效时间延长(敏化温度下)，晶粒内部的铬原子可以逐渐扩散到晶界附近的贫铬区，使贫铬区获得铬原子的补充而自愈，这种现象称作“脱敏”过程。采用快速脱敏处理是铁素体不锈钢消除晶间腐蚀敏感性的推荐工艺，但由于Cr在传统粗晶奥氏体不锈钢中的扩散速度很慢，因此采用脱敏处理耗时太长而得不偿失。最新研究表明，表面喷丸细晶化可以大幅度提高Cr在奥氏体中的扩散速度，因此采用表面喷丸细晶化+快速脱敏处理来消除Super304H钢晶间腐蚀敏感性从技术上变得可能。其基本原理是：材料经过喷丸处理后发生大塑性变形，晶粒细化至微米级甚至纳米级，晶界比例大幅提高，同时晶内产生大量变形孪晶、位错等缺陷，这些组织变化可以在扩散热
处理时带来两个结果：①大量晶界和变形缺陷使碳化物的析出速度更快；②大量晶界和变形缺陷给Cr原子提供了大量扩散“通道”，大幅提高了Cr原子的扩散速度，使得贫铬区可以快速获得铬的补充而消除。上述两方面综合作用可以快速有效地消除Super304H钢的晶间腐蚀敏感性。内壁喷丸表面细晶化是Super304H钢成型工艺中常采用的策略之一，目的是通过促进Cr扩散来改善奥氏体不锈钢的高温抗氧化性能。本专利技术利用这一喷丸工艺，通过增加脱敏处理，在不牺牲材料高温强度的前提下，快速有效地消除Super304H钢的晶间腐蚀敏感性，是高碳Super304H钢晶间腐蚀敏感性理想的控制方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题，就是在保持材料原有高温强度的基础上，提供一种消除Super304H钢晶间腐蚀敏感性的方法。本专利技术采用如下技术手段：一种消除Super304H钢晶间腐蚀敏感性的方法，包括如下步骤：(1)固溶态试样制备：对Super304H钢管进行均匀化固溶处理，得到组织均匀的固溶态试样；然后切取平整的板状试样，进行表面研磨至平整光滑，作为喷丸处理的预处理试样；(2)喷丸态试样制备：设置一定的喷丸工艺参数，对表面研磨过的固溶态试样进行表面喷丸处理，在固溶态试样表面获得具有一定厚度和硬度的塑性变形层，得到喷丸态试样；(3)脱敏热处理：对喷丸态试样在一定温度和时间下进行脱敏处理，最终获得对晶间腐蚀不敏感的Super304H钢脱敏样品。进一步地，所述步骤(1)的固溶处理具体操作是：把电阻式热处理炉加热到1150℃，将Super304H钢管放入其中，在空气中加热，保温时间为30min，冷却方式为水冷。进一步地，所述步骤(1)的样品切取具体操作是：采用电火花线切割机从Super304H钢管上切取平整板块试样，切割过程中保持用冷却液进行冷却。进一步地，所述步骤(1)的表面研磨具体操作是：对切割后的板状试样依次采用180号、360号、800号的砂纸进行研磨，在研磨时每换一次砂纸，试样研磨方向要与上一道磨痕方向垂直，磨至上一道磨痕消失且新磨痕方向均匀一致为止。打磨过程不断用水冷却，最后用无水乙醇冲洗、吹干备用。进一步地，所述步骤(2)的表面喷丸处理工艺参数包括：设备选择：选择喷丸压力量程最大为1Mpa的气动式喷丸机内，喷嘴距离试样表面的工作距离为50mm；弹丸选择：采用喷丸直径为0.5mm的不锈钢球形弹丸，喷丸强度较高时通常采用铸铁丸和铸钢丸，铸钢丸韧性较好，不易破碎，使用寿命为铸铁丸的几倍，为提高喷丸强化效果的稳定性，采用球形铸钢丸进行处理；为保证喷丸表面有较小粗糙度，同时满足材料发生大塑性变形所需求的动能，采用喷丸直径为0.5mm的球形铸钢弹丸；喷丸压力设置：喷丸压力为0.5Mpa～0.8Mpa，喷丸压力是影响喷丸能量大小的直接因素，喷丸压力越大，轰击表面产生的强化深度越深，表面强化效果越好，为获得较好的表面强化效果，同时保证较小的样品整体宏观变形，控制喷丸压力为0.5Mpa～0.8Mpa；喷丸时间设置：喷丸时间为5min～30min，高能钢丸轰击材料产生塑性变
形，持续一定时间后，表面塑性变形逐渐累积并形成一层均匀的塑性变形层；塑性变形层形成后，继续过度喷丸会使塑变层因径向延伸受到邻近区域的限制而导致重叠部分发生剥落；为制备一定厚度的均匀塑性变形层，同时不发生剥落破坏，控制喷丸时间为5min～30min。进一步地，所述步骤(2)中喷丸态试样表面塑性变形层的厚度≥70μm。进一步地，所述步骤(2)的喷丸态试样塑性变形层硬度的具体要求为：距离喷丸态试样表面60μm±10μm深处的硬度值比试样基体的硬度值提高100HV以上。进一步地，所述步骤(3)的喷丸态试样脱敏处理具体操作是：把电阻式热处理炉加热到700℃，将喷丸态试样放入其中，在空气中加热，保温时间为120min，冷却方式为水冷。与现有的改善Sup本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种消除Super304H钢晶间腐蚀敏感性的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)固溶态试样制备：对Super304H钢管进行均匀化固溶处理，得到组织均匀的固溶态试样；然后切取平整的板状试样，进行表面研磨至平整光滑，作为喷丸处理的预处理试样；(2)喷丸态试样制备：设置一定的喷丸工艺参数，对表面研磨过的固溶态试样进行表面喷丸处理，在固溶态试样表面获得具有一定厚度和硬度的塑性变形层，得到喷丸态试样；(3)脱敏热处理：对喷丸态试样在一定温度和时间下进行脱敏处理，最终获得对晶间腐蚀不敏感的Super304H钢脱敏样品。

【技术特征摘要】
1.一种消除Super304H钢晶间腐蚀敏感性的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)固溶态试样制备：对Super304H钢管进行均匀化固溶处理，得到组织均匀的固溶态试样；然后切取平整的板状试样，进行表面研磨至平整光滑，作为喷丸处理的预处理试样；(2)喷丸态试样制备：设置一定的喷丸工艺参数，对表面研磨过的固溶态试样进行表面喷丸处理，在固溶态试样表面获得具有一定厚度和硬度的塑性变形层，得到喷丸态试样；(3)脱敏热处理：对喷丸态试样在一定温度和时间下进行脱敏处理，最终获得对晶间腐蚀不敏感的Super304H钢脱敏样品。2.根据权利要求1所述的消除Super304H钢晶间腐蚀敏感性的方法，其特征在于：步骤(1)中的所述Super304H钢管材料为Super304H耐热奥氏体不锈钢。3.根据权利要求1所述的消除Super304H钢晶间腐蚀敏感性的方法，其特征在于：所述步骤(1)的均匀化固溶处理具体操作是：把电阻式热处理炉加热到1150℃，将Super304H钢管放入其中，在空气中加热，保温时间为30min，冷却方式为水冷。4.根据权利要求1所述的消除Super304H钢晶间腐蚀敏感性的方法，其特征在于：所述步骤(1)的样品切取的具体操作是：采用电火花线切割从Super304H钢管上切取平整的板块试样，切割过程中保持用冷却液进行冷却。5.根据权利要求1所述的消除Super304H钢晶间腐蚀敏感性的方法，其特征在于：所述步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：高岩，王锐坤，郑志军，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44