一种晶界工程处理提高制造技术

本发明专利技术的目的在于提供一种晶界工程处理提高

【技术实现步骤摘要】
一种晶界工程处理提高Fe
‑
22Cr
‑
25Ni型奥氏体耐热钢力学性能的方法


[0001]本专利技术属于奥氏体耐热钢
，具体涉及一种晶界工程处理提高
Fe
‑
22Cr
‑
25Ni
型奥氏体耐热钢力学性能的方法
。

技术介绍

[0002]为减少碳排放，改善环境，尽可能提高燃煤发电机组参数使其热效率提高是最有效的方案之一，因此选取具有优良性能的耐热钢刻不容缓
。
目前用于燃煤锅炉过热器和再热器的材料主要分为奥氏体耐热钢和镍基合金
。
超高温锅炉使用温度为
700℃
，而铁素体耐热钢在此温度下的性能会迅速恶化，损坏设备，不能用于过热器和再热器
。
近年来，由于镍价格不断攀升，使得镍基高温合金较其他耐热钢价格相对较高，无法得到广泛的应用
。
奥氏体耐热钢被认为是较好的候选材料，其较高的合金化程度以及高含量的
Cr
和
Ni
，使其具有了良好的抗氧化和耐蚀性能，并且通过添加
Mo、W、Nb、V
和
Cu
等合金元素，使奥氏体基体达到固溶强化和析出强化效应的效果
。Sanicro25
和
C
‑
HRA
‑5是目前应用前景最好的两种
Fe
‑
22Cr
‑
25Ni
型奥氏体耐热钢，具有良好的组织稳定性
、
较高的蠕变强度
、
抗热疲劳性能
、
良好的焊接性能以及镍基合金成本更低的优点
。Sanicro25
由瑞典山特维克公司研制成功，
C
‑
HRA
‑5钢由中国太钢联合钢铁研究总院设计研制
。
[0003]Fe
‑
22Cr
‑
25Ni
型奥氏体耐热钢中通常含较高的
Cr
和
C
，
500~900℃
时
M
23
C6（
M=Fe, Cr, Ni
等）相等极易快速析出，
M
23
C6相适量析出有利于稳定晶界，但过多的
M
23
C6相产生晶界弱化的现象
。
例如：近期，哈尔滨锅炉厂和西安热工院发现
Sanicro 25
钢随时效温度及时效时间，晶界
M
23
C6数量和所占体积分数相应增加，晶界析出相呈链状分布，造成室温冲击韧性明显下降
[Materials Science&Engineering A, 2018, 737: 40
‑
46]。
使役过程中晶界
M
23
C6的粗化已成为影响高
Cr
型（
Fe
‑
22Cr
‑
25Ni
型）奥氏体耐热钢安全服役的共性问题
。
针对低层错能的面心立方结构金属材料，可通过晶界工程控制形变处理工艺中的变形量和热处理工艺参数，提高晶界移动性，促使特殊低
Σ
CSL
晶界的形成，并最终达到提高材料性能的目的
。
[0004]例如，中国专利
CN201410444680.6 和
CN201510022326.9
公布了
304
和
316
不锈钢的晶界工程处理工艺，先在
1050
～
1150℃
保温后水冷，随后进行3～
15%
的加工变形，最后在退火保温后水冷，可得较高耐腐蚀性能的不锈钢
。
[0005]中国专利
202210459032.2
对
C
‑
HRA
‑5奥氏体耐热钢试样进行两步高温固溶处理，发现可以提高其抗晶间腐蚀性能
。
中国专利
CN202010035476.4
公开了一种调整镍基高温合金中
η
相分布的晶界工程工艺方法
。
然而，晶界工程用于处理奥氏体耐热钢的研究鲜有报道
。
Σ
CSL
晶界主要由
Σ3n
晶界组成，
Σ3n
晶界是由孪晶及与孪晶有一定取向关系的晶界构成，层错能的高低对其形成有着强烈的影响
。
随着层错能降低，孪生行为容易开动
。
层错能越小，产生单位面积堆垛层错所需的能量就低，退火时原子层发生错排出现堆垛层错的几率就较大，形成孪晶界面的几率越大
。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在提供一种晶界工程处理提高
Fe
‑
22Cr
‑
25Ni
型型奥氏体耐热钢力学性能的方法，通过对奥氏体耐热钢进行适当塑性变形
+
高温退火，构建具有特殊晶界结构的耐热钢，改善组织稳定性
。
[0007]本专利技术基于“晶界工程”思想，通过对
Fe
‑
22Cr
‑
25Ni
型奥氏体耐热钢进行适当塑性变形
+
高温退火，构建具有特殊晶界结构的耐热钢
。
基于动力学角度抑制
M
23
C6的晶界析出行为，通过优化晶界特征分布，降低材料内部的高能量缺陷密度，调控
M
23
C6在晶界的分布状态，并改善组织稳定性
。
[0008]本专利技术采用如下技术方案：一种晶界工程处理提高
Fe
‑
22Cr
‑
25Ni
型奥氏体耐热钢力学性能的方法，包括如下步骤：（1）所用材料为
Fe
‑
22Cr
‑
25Ni
型奥氏体耐热钢，化学成分按重量百分比计为：
C
：
0.04
‑
0.10%、Si≤0.4%、Mn≤0.6%、P≤0.025%、S≤0.015%、Cr
：
21.5
‑
23.5%、Ni
：
23.5
‑
26.5%、Co
：
1.0
‑
2.0%、Cu
：
2.5
‑
3.5%、W
：
3.0
‑
4.0%、Nb
：
0.40
‑
0.60%、N
：
0.20
‑
0.30%、B
：
0.002
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种晶界工程处理提高
Fe
‑
22Cr
‑
25Ni
型奥氏体耐热钢力学性能的方法，其特征在于：包括如下步骤：（1）所用材料为
Fe
‑
22Cr
‑
25Ni
型奥氏体耐热钢，化学成分按重量百分比计为：
C
：
0.04
‑
0.10%、Si≤0.4%、Mn≤0.6%、P≤0.025%、S≤0.015%、Cr
：
21.5
‑
23.5%、Ni
：
23.5
‑
26.5%、Co
：
1.0
‑
2.0%、Cu
：
2.5
‑
3.5%、W
：
3.0
‑
4.0%、Nb
：
0.40
‑
0.60%、N
：
0.20
‑
0.30%、B
：
0.002
‑
0.008
，余量为
Fe
及其他不可避免的杂质元素；按照合金成分配比在
50Kg
真空感应炉中冶炼，在真空状态下浇铸成铸锭，待铸锭空冷后从模子中取出；（2）将熔炼后的铸锭切除冒口后在
1150
‑
1200℃
固溶处理，保温2‑
4 h
后进行高温锻造，终锻温度不低于
900℃
；（3）锻造后的板坯在
800
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：王剑，李朋，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：