本发明专利技术属于热变形领域，具体为一种调控超超临界机组用9Cr3W3CoB耐热钢中硼元素分布状态的方法。该方法主要包括如下步骤：(1)将工件加热至1150℃～1200℃，保温1.5～2h；(2)在1150℃～1200℃对工件进行5～7道次轧制，单道次变形量控制在20％以下，使工件最终变形量达到60％～90％；(3)将工件空冷至室温；(4)750℃～780℃回火1～2h，空冷。本发明专利技术提供的热机械处理方法，能有效调控钢种B元素的分布，使硼化物全部溶解，B元素重新固溶至基体中，提高工件力学性能；同时在后续高温时效过程中抑制了BN的形核长大，适用于含硼耐热钢的生产。
The method of adjusting the distribution of boron in 9cr3w3cob heat resistant steel for Ultra Supercritical Unit
【技术实现步骤摘要】
调控超超临界机组用9Cr3W3CoB耐热钢中硼元素分布状态的方法
本专利技术属于热变形领域，具体为一种调控超超临界机组用9Cr3W3CoB耐热钢中硼元素分布状态的方法，通过热机械处理工艺可消除钢中所有硼化物，细化晶粒，提高工件力学性能，适用于含硼耐热钢的生产。
技术介绍
由于能源和环境问题，提高火电机组效率、发展超超临界机组成为主要需求。其中，G115钢作为新型9Cr3W3CoB系新型马氏体耐热钢的代表钢种，由于其更为优异的高温持久性能成为650℃超超临界机组主蒸汽管道的理想材料。B元素在α-Fe中固溶度较低，易于偏聚至晶界处。9Cr3W3CoB系新型马氏体耐热钢通过引入微量B元素，使其在原奥氏体晶界处偏聚，并进入M23C6碳化物形成M23(CB)6，可以抑制原奥氏体晶界附近处M23C6碳化物在高温长时时效条件下的熟化，强化了其对晶界和位错的钉扎能力，提高组织稳定性，从而提高了钢的蠕变性能。然而，B元素是强烈的氮化物形成元素。通过比较NbN、TiN、VN、AlN和BN等氮化物在奥氏体中的固溶度积公式可知，BN的固溶度积最小，TiN次之，NbN、AlN随后，而VN的固溶度积最大。由于钢中难免含有一定量的N元素，因此如果成分控制不当，钢中B元素极易形成粗大的微米级BN夹杂物。即使钢中N含量较少，冶炼时不形成或仅形成少量BN，但在后续高温长时时效过程中依然将可能有大量BN形核长大。除了形成BN外，B还会和其它合金元素形成结构较为复杂的硼化物。回火后，钢中存在具有四方结构的B0.38C0.62，三角结构的BC0.38Si0.04及M3B2((Mo0.66Cr0.34)2(Fe0.75V0.25)B2)硼化物。BN夹杂物和其他硼化物的形成消耗了钢中的固溶B元素，由于固溶量不足，B元素就有可能不会产生有效的偏聚，因而不能充分发挥抑制M23C6碳化物熟化和固溶强化的作用。G115钢中的硼化物主要为BN和具有复杂结构的富W、V、Nb、Cr元素的硼化物(富W夹杂物)。热处理态时钢中的富W夹杂物含量较多，分布极为不均匀。富W夹杂物的存在消耗了钢中固溶的B元素，使其难以发挥择优分布，提高蠕变性能的作用。高温长时时效过程中，BN迅速形核长大至微米级，极大的降低了钢的力学性能。为了充分发挥成分设计时B元素的作用，需对钢中B元素的分布进行调控，消除并抑制硼化物的形核长大。目前，对于调控耐热钢中B元素分布的相关专利较为稀少，如：“一种控制超超临界耐热钢中BN相形态的热处理方法(公开号CN105695678A)”，通过高温淬火+高温正火+一次高温回火控制新型铁素体耐热钢中BN相的形态，获得细小、弥散分布的BN相的工艺控制技术。但是，该方法适用于应用于服役温度较低的耐热钢中。对于9Cr3W3CoB耐热钢来说，采用上述热处理工艺不行使所有硼化物全部回溶至基体，同时不能抑制后续时效过程中BN的析出。
技术实现思路
针对含硼9Cr3W3CoB耐热钢存在大量硼化物，阻碍了B元素的择优分布的问题，本专利技术的目的在于提供一种调控超超临界机组用9Cr3W3CoB耐热钢中硼元素分布状态的方法，在不改变现有9Cr3W3CoB耐热钢化学成分和冶炼工艺的前提下，通过热机械处理工艺获得均匀的微米级晶粒，消除了钢中的硼化物，使B元素重新回溶至基体。本专利技术的技术方案是：一种调控超超临界机组用9Cr3W3CoB耐热钢中硼元素分布状态的方法，包括如下步骤：(1)将工件加热至1150℃～1200℃，保温1.5～2h；(2)在1150℃～1200℃对工件进行5～7道次轧制，单道次变形量控制在20％以下，使工件最终变形量达到60％～90％；(3)将工件空冷至室温；(4)750℃～780℃回火1～2h，空冷。所述的调控超超临界机组用9Cr3W3CoB耐热钢中硼元素分布状态的方法，按重量百分比计，9Cr3W3CoB耐热钢的化学组成为：C：0.06～0.12％；Cr：8.4～9.6％；W：2.33～3.17％；Co：2.8～3.25％；Cu：0.4～1.2％；B：0.01～0.022％；Mn：0.27～0.73％；Nb：0.03～0.1％；V：0.13～0.27％；N：0.005～0.015％；Si：≤0.55％；Ti：≤0.05％；Al：≤0.02％；Fe余量及不可避免的杂质元素。所述的调控超超临界机组用9Cr3W3CoB耐热钢中硼元素分布状态的方法，不可避免的杂质元素包括：P：≤0.02％；S：≤0.01％；O：≤0.004％。所述的调控超超临界机组用9Cr3W3CoB耐热钢中硼元素分布状态的方法，优选的，步骤(1)中，将工件以400℃/h加热至1150℃，保温1.5h。所述的调控超超临界机组用9Cr3W3CoB耐热钢中硼元素分布状态的方法，步骤(2)中，工件最终变形量分别为60％、70％、80％或90％。所述的调控超超临界机组用9Cr3W3CoB耐热钢中硼元素分布状态的方法，优选的，步骤(2)中，将工件在1150℃进行6道次轧制至变形量为90％，单道次变形量为15％。所述的调控超超临界机组用9Cr3W3CoB耐热钢中硼元素分布状态的方法，优选的，步骤(4)中，将工件在750℃进行回火1.5h，空冷。本专利技术的设计思想是：本专利技术调控9Cr3W3CoB耐热钢中硼元素分布的热机械处理方法的思路来自形变诱导析出、元素晶界偏聚，第二相沉淀析出次序等理论的研究。在热力学平衡条件下，G115钢种BN开始析出的温度在1282℃左右，NbN开始析出的温度在1292℃左右，其对N元素的竞争能力极为接近。通过BN和NbN的固溶度积公式可知，BN在钢中的固溶度远低于NbN，更易优先析出。然而当G115钢中Nb元素含量相比于B元素高了一个数量级，因此NbN在热力学上有优先于BN析出的可能性。通过较高的加热温度将钢中BN和其他硼化物重熔，使B元素重新固溶至基体。通过高温形变增加了MX相形核点，促进钢中氮化物(Nb,V)N的优先析出，达到固氮保硼的目的，从而抑制BN在高温时效过程中重新形核长大。高温形变后可获得细小的马氏体再结晶组织，小角度晶界数量大幅提高，配合高温回火获得高强度、高韧性，具有大量弥散分布第二相的超超临界主蒸汽管道材料。本专利技术的优点及有益效果是：1.本专利技术提出的调控超超临界机组用9Cr3W3CoB耐热钢中硼元素分布状态的方法，通过热机械处理，消除了钢中所有BN和其他具有复杂结构的硼化物。B元素重新固溶至基体，为其后续则有分布，提高蠕变性能提供了基础。与所涉及的消除钢中硼化物的相关专利文献相比，存在较大差异。2.本专利技术提供的热机械处理方法，能有效抑制BN在后续高温长时时效过程中的形核长大，延缓了工件在时效过程中的韧性下降情况。3.本专利技术获得的超超临界耐热钢晶粒得到了极大细化，晶粒尺寸在2～5μm。所增加的晶界多为小角晶界，所占总晶界数量百分比可达93.95％，小角晶界有利于提高钢的持久性能。附图说明图1为实施例1中组织形貌图。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种调控超超临界机组用9Cr3W3CoB耐热钢中硼元素分布状态的方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)将工件加热至1150℃～1200℃，保温1.5～2h；/n(2)在1150℃～1200℃对工件进行5～7道次轧制，单道次变形量控制在20％以下，使工件最终变形量达到60％～90％；/n(3)将工件空冷至室温；/n(4)750℃～780℃回火1～2h，空冷。/n
【技术特征摘要】
1.一种调控超超临界机组用9Cr3W3CoB耐热钢中硼元素分布状态的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将工件加热至1150℃～1200℃，保温1.5～2h；
(2)在1150℃～1200℃对工件进行5～7道次轧制，单道次变形量控制在20％以下，使工件最终变形量达到60％～90％；
(3)将工件空冷至室温；
(4)750℃～780℃回火1～2h，空冷。
2.按照权利要求1所述的调控超超临界机组用9Cr3W3CoB耐热钢中硼元素分布状态的方法，其特征在于，按重量百分比计，9Cr3W3CoB耐热钢的化学组成为：
C：0.06～0.12％；Cr：8.4～9.6％；W：2.33～3.17％；Co：2.8～3.25％；Cu：0.4～1.2％；B：0.01～0.022％；Mn：0.27～0.73％；Nb：0.03～0.1％；V：0.13～0.27％；N：0.005～0.015％；Si：≤0.55％；Ti：≤0.05％；Al：≤0.02％；Fe余量及不可避免的杂质元素。
3.按照权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：严伟，梁烨，杨柯，单以银，石全强，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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