ＨＲ３Ｃ奥氏体耐热钢获得纳米强化相的热处理方法技术

本发明专利技术公开了一种ＨＲ３Ｃ奥氏体耐热钢获得纳米强化相的热处理方法，其特征在于热处理分两步：第一步，固溶处理：将钢件加热到１１７０－１２５０℃，保持３０－６０ｍｉｎ，然后水冷到室温；第二步，退火处理：将经过固溶处理后的钢件加热到８００－９５０℃，保持３０－２４０ｍｉｎ，然后空冷到室温。经本发明专利技术热处理方法处理后的ＨＲ３Ｃ奥氏体耐热钢，在奥氏体晶粒内部均匀分布有高密度的ＮｂＣｒＮ型纳米强化相，尺寸在２０－６０ｎｍ之间，每平方微米面积内纳米强化相颗粒数在５－３０个，高温持久强度明显提高，抗高温腐蚀性能也好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种HR3C奥氏体耐热钢获得纳米强化相的热处理方法，尤其是超超 临界火电机组用奥氏体耐热钢的热处理方法，属于热处理

技术介绍
提高发电效率、减少CO2及其它有害气体的排放、节约资源是今后火电机组的发展 方向。提高蒸汽参数，发展大容量机组是提高热效率的主要手段。目前世界各国火电机组 参数已由亚临界参数发展到超临界参数，甚至超超临界(ultra-super critical, USC)参 数。发展USC机组的关键技术是开发热强度高、抗高温烟气氧化腐蚀和高温汽水介质腐蚀、 可焊性和工艺性良好、价格相对低廉的材料。HR3C是日本住友金属命名的牌号，在ASME标准中的材料牌号为 SA312-TP310NbN(UNS S31042)。HR3C钢广泛应用于超临界和超超临界锅炉的过热器和再热 器，是在TP310奥氏体耐热钢的基础上，通过限制碳含量，并复合添加质量分数为0. 20% 0. 60%的强碳氮化物形成元素铌和质量分数为0. 15% 0. 35%的氮，利用析出弥散分布、 细小的NbCrN相和富Nb的碳氮化物以及M23C6 (M是Cr和可置换Cr的金属元素，如Fe)型碳 化物来进行强化。目前，HR3C耐热钢产品的生产工艺流程是棒料-坯料加工-热挤压-冷 轧_固溶处理-成品[蒋淮海.TP310HNbN锅炉钢管制造工艺研究，先进电站用耐热钢与合 金研讨会，上海2009]，其最终热处理工艺是固溶处理，显微组织是在奥氏体基体上分布有 NbCrN相和MX (M是指强碳氮化物形成元素V、Nb等，X是指C和/或N)型碳氮化物相，这些 强化相的尺寸较大，约在Iym左右，小的也在IOOnm以上，而且数量很少，每平方微米面积 内强化相数目不足0. 1个。众所周知，弥散强化的效果与弥散相颗粒的数量和大小有关，弥 散相颗粒越小，数量越多，其强化效果越好。中国专利200710113974. 0公开了一种铁素体 系耐热钢获得高密度纳米强化相的方法，首先通过正火处理获得含有位错亚结构的板条状 马氏体，然后再经高温回火处理在马氏体板条内获得高密度且均勻分布的MX型纳米强化 相，高密度的位错亚结构为纳米强化相的析出提供了形核位置。但对奥氏体耐热钢来说，由 于在冷却过程中不发生相变和形成高密度位错亚结构，因而不易获得高密度纳米强化相。 目前，还没有文献报道在奥氏体耐热钢中获得高密度且均勻分布的纳米强化相的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种HR3C奥氏体耐热钢获得纳米强化相的热处理方法，其 技术方案为一种HR3C奥氏体耐热钢获得纳米强化相的热处理方法，其特征在于热处理分两 步第一步，固溶处理，将钢件加热到1170-1250°C，保持30-60min，然后水冷到室温；第二 步，退火处理，将经过固溶处理后的钢件加热到800-950°C，保持30-240min，然后空冷到室 其工作原理为3HR3C奥氏体耐热钢在成型加工状态下的显微组织由奥氏体基体和粗大的NbCrN 相型复杂氮化物相组成，固溶处理的目的就是将这些粗大相尽量多的溶解到基体中，为下 一步在退火过程中析出更多的纳米强化相做准备。随固溶处理温度的升高和保温时间的 延长，粗大的NbCrN相溶解的就越多，退火后析出的纳米强化相密度就越高。但温度太高 或时间太长，会导致奥氏体晶粒过于粗大，不利于HR3C奥氏体耐热钢的性能。本专利技术确定 的固溶处理温度在1170-1250°C之间，时间在30-60min之间，优选的固溶处理工艺参数为 1200-1220°C保持45-50min，然后水冷到室温。固溶处理后的退火处理是在钢的奥氏体晶粒内部获得均勻分布的高密度NbCrN 型纳米强化相的关键。温度低于800°C，不仅NbCrN型纳米强化相的析出时间延长，同时由 于晶界M23C6型碳化物的析出，导致晶界贫Cr区严重，降低了 HR3C钢的高温抗晶界腐蚀能 力。随着退火温度的升高，NbCrN型纳米强化相的析出时间缩短，同时由于Cr的扩散速度 增加，晶界M23C6型碳化物的析出也不会造成晶界贫Cr区。但温度高于950°C，NbCrN型纳 米强化相形核密度降低，颗粒尺寸增加，析出密度减少，降低弥散强化效果。本专利技术推荐的 退火处理工艺是800-950°C，保持30-240min，然后空冷到室温。优化的退火处理工艺参数 是850-880°C，保持50-80min，然后空冷到室温。本专利技术与现有技术相比，其优点是在奥氏体晶粒内部获得均勻分布的高密度的 NbCrN型纳米强化相，其热稳定性高，高温强化效果好，经本专利技术技术处理的HR3C奥氏体耐 热钢的高温持久强度明显提高，抗高温腐蚀性能也好。附图说明图1是HR3C奥氏体耐热钢经本专利技术热处理(实施例3)后获得的纳米强化相形 貌；图2是HR3C奥氏体耐热钢在固溶处理状态下(现有技术)的显微组织。 具体实施例方式试验用HR3C奥氏体耐热钢的化学成分见表1。经熔炼、热加工和冷加工制得HR3C 钢件，然后按本专利技术的热处理方法进行热处理，热处理工艺参数见表2。经热处理后的HR3C 钢件一部分加工成金相试样在FEI Sirion扫描电子显微镜下观察强化相的形貌，测量每 平方微米面积内包含的纳米强化相的颗粒数，一部分加工成标准持久试样在CSS-3905电 子蠕变持久试验机上进行持久试验，根据持久试验结果，采用Larson-Miller参数法估算 700°C、10万小时条件下的持久强度。每平方微米面积内包含的纳米强化相的颗粒数和 700°C、10万小时条件下的持久强度测试结果列于表2。从表2中可以看出，经本专利技术热处 理方法处理的HR3C奥氏体耐热钢在奥氏体晶粒内部获得了高密度且均勻分布的纳米强化 相，与现有技术相比，700°C、10万小时条件下的持久强度明显提高。图1是HR3C奥氏体耐 热钢经本专利技术热处理方法(表2中实施例3)热处理后获得的纳米强化相形貌，图2是HR3C 奥氏体耐热钢经固溶处理后不经退火处理(表2中比较例7，现有技术)的强化相形貌。 从图1、图2也可以看出采用本专利技术处理的HR3C奥氏体耐热钢具有高密度且均勻分布的 CrNbN型纳米强化相，现有技术处理的HR3C奥氏体耐热钢没有高密度分布的CrNbN型纳米 强化相。学成分元素CMnPSSiNiCrNb+TaNFe含量 wt.%0.060.990.0260.0010.5519.825.30.460.20余量表2热处理工艺参数实施例热处理工艺每平方微米面积内强700C、10万小时持固溶处理退火处理化相颗粒数，个/μπι2久强度，MPa本发例11170°Cx60min850°Cx60min1580明热例21200°Cx50min950°Cx60min1085处理例31220°Cx40min850°Cx45min2586方法例41250°Cx30min900°Cx60min1583例51220°Cx45min850°Cx30min3085例61200°Cx60min800°Cx240min2080现有例71200°Cx60min-小于0.170技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＨＲ３Ｃ奥氏体耐热钢获得纳米强化相的热处理方法，其特征在于热处理分两步：第一步，固溶处理，将钢件加热到１１７０－１２５０℃，保持３０－６０ｍｉｎ，然后水冷到室温；第二步，退火处理，将经过固溶处理后的钢件加热到８００－９５０℃，保持３０－２４０ｍｉｎ，然后空冷到室温。

【技术特征摘要】
一种HR3C奥氏体耐热钢获得纳米强化相的热处理方法，其特征在于热处理分两步第一步，固溶处理，将钢件加热到1170 1250℃，保持30...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷凤仕，田丽倩，薛冰，姜学波，周丽，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：37[中国|山东]