CN103320597A - 一种细化10Cr9Mo1VNbN钢管及锻件粗晶的方法 - Google Patents

一种细化10Cr9Mo1VNbN钢管及锻件粗晶的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种能够细化10Cr9Mo1VNbN钢管及锻件粗晶的热处理方法，其步骤包括：等温退火处理，将待处理的10Cr9Mo1VNbN锻件或钢管放入退火炉中，加热至完全退火，并根据锻件或钢管的有效工件厚度，按每毫米厚度2.0～2.5分钟来保温相应的时间，将保温结束后的锻件或钢管随炉冷却至高于TTT曲线鼻温的温度，保温80-100分钟，再随炉冷却至低于TTT曲线鼻温的温度，保温80-100分钟，炉冷至545-555℃，再冷却至室温；正火处理，将完成等温退火处理的锻件或钢管放入正火炉中，加热至高于Ac3的温度，并根据锻件或钢管的有效工件厚度，按每毫米厚度2.0～2.5分钟来保温相应的时间，保温结束后快速冷却。

Description

一种细化10Cr9Mo1VNbN钢管及锻件粗晶的方法
技术领域
本发明涉及一种细化钢管及锻件粗晶的方法，具体地说，涉及一种细化10Cr9Mo1VNbN钢管及锻件粗晶的热处理方法。
背景技术
10Cr9Mo1VNbN耐热钢是美国国立像树岭实验室和美国燃烧工程公司冶金材料实验室合作研制的新型马氏体耐热钢。该钢可用于亚临界、超临界锅炉壁温≤625℃的高温过热器、再热器用钢管，以及壁温≤600℃高温集箱和蒸汽管道，也可用于核电热交换器以及石油裂化装置炉管。
如果10Cr9Mo1VNbN钢管及锻件的锻造或轧制温度过高，变形量较小，工件的晶粒将出现较粗大的现象，产生粗晶，粗晶的粒度为0-5.0级。10Cr9Mo1VNbN钢管及锻件粗晶会使得10Cr9Mo1VNbN钢管及锻件的冲击韧性较差，韧脆转化温度较高，从而严重影响其使用性能，为不合格产品。
在CN1073982中，提供了一种“双重预热正火预处理工艺”，包括预热和正火工序，通过该工艺细化了晶粒，改善了粗晶和混晶的现象。在CN102643975A中，公开了一种NiCrMoV钢锻件晶粒细化的热处理方法，包括950℃高温正火工序、900℃高温正火工序、软化退火工序，可以改善钢锻件的组织状态。现有技术一般采用“多次正火热处理”与“预备热处理+多次正火热处理”的方法来细化10Cr9Mo1VNbN钢管及锻件粗晶。但是10Cr9Mo1VNbN钢的合金含量高，其原始室温金相组织一般以马氏体或回火马氏体为主，组织遗传性较强，并且在粗大的原奥氏体晶粒的晶界处偏聚了很多硫、磷等元素。因此，多次正火等普通的热处理方法不易消除10Cr9Mo1VNbN钢粗大的原奥氏体晶粒。因此，上述两种方法只对晶粒粗化状况较轻的工件效果明显，而对于晶粒度大于3.5级或混晶严重的工件，其晶粒细化效果较差，甚至不能起到细化晶粒的作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够细化10Cr9Mo1VNbN钢管及锻件粗晶的热处理方法。
根据本发明的细化10Cr9Mo1VNbN钢管及锻件粗晶的方法包括下述步骤：
等温退火处理，将待处理的10Cr9Mo1VNbN锻件或钢管放入退火炉中，加热至完全退火，并根据锻件或钢管的有效工件厚度，按每毫米厚度2.0～2.5分钟来保温相应的时间，将保温结束后的锻件或钢管随炉冷却至高于TTT曲线鼻温的温度，保温80～100分钟，再随炉冷却至低于TTT曲线鼻温的温度，保温80～100分钟，炉冷至545-555℃，再冷却至室温；
正火处理，将完成等温退火处理的锻件或钢管放入正火炉中，加热至高于Ac3的温度，并根据锻件或钢管的有效工件厚度，按每毫米厚度2.0～2.5分钟来保温相应的时间，保温结束后快速冷却。
在一个实施例中，可以将待处理的10Cr9Mo1VNbN锻件或钢管放入退火炉中，加热至1060～1080℃。
在另一实施例中，高于TTT曲线鼻温的温度可以是740～760℃。
在又一实施例中，随炉冷却至高于TTT曲线鼻温的温度的速率可以是每小时小于50℃。
在又一实施例中，低于TTT曲线鼻温的温度可以是660～680℃。
在又一实施例中，随炉冷却至低于TTT曲线鼻温的温度的速率可以是每小时小于40℃。
在又一实施例中，在等温退火处理过程中，炉冷至545～555℃后，可以出炉空冷至室温。
在又一实施例中，高于Ac3的温度可以是1040～1070℃。
在又一实施例中，正火处理中保温结束后可以通过空冷进行快速冷却。
在又一实施例中，正火处理中保温结束后可以通过强制冷却进行快速冷却。
因此，本发明公开了“等温退火、一次正火”的热处理方法，该方法能够完全消除10Cr9Mo1VNbN钢管及锻件由于锻造及轧制温度过高，变形量较小所导致的粗晶现象。
附图说明
图1是轧制后经过“1050℃正火+770℃回火”热处理的10Cr9Mo1VNbN耐热钢管的晶粒状态。（0级，50×）。
图2是采用根据本发明的示例1的热处理方法处理后的钢管的晶粒状态。（6.5级，100×）。
具体实施方式
根据本发明的细化10Cr9Mo1VNbN钢管及锻件粗晶的方法包括下述步骤：等温退火处理，将待处理的10Cr9Mo1VNbN锻件或钢管放入退火炉中，加热至完全退火，并根据锻件或钢管的有效工件厚度，按每毫米厚度2.0～2.5分钟来保温相应的时间，将保温结束后的锻件或钢管随炉冷却至高于TTT曲线鼻温的温度，保温80-100分钟，再随炉冷却至低于TTT曲线鼻温的温度，保温80-100分钟，炉冷至545-555℃，再冷却至室温；正火处理，将完成等温退火处理的锻件或钢管放入正火炉中，加热至高于Ac3的温度，并根据锻件或钢管的有效工件厚度，按每毫米厚度2.0～2.5分钟来保温相应的时间，保温结束后快速冷却。
在等温退火处理的过程中，将10Cr9Mo1VNbN锻件或钢管加热至完全退火后，其组织结构可以转变为粗大的奥氏体晶粒，并且钢中的碳化物以及偏聚在原奥氏体粗大晶粒的晶界处的硫化物、磷化铁可以基本溶解到奥氏体中，在其后的缓慢冷却过程中，其金相组织转变为“铁素体+碳化物”的平衡组织。
在对10Cr9Mo1VNbN锻件或钢管进行正火热处理时，其金相组织为奥氏体，在正火热处理的加热保温过程中，奥氏体晶粒可以得到细化。
可以将待处理的10Cr9Mo1VNbN锻件或钢管放入退火炉中，加热至1060～1080℃。
高于TTT曲线鼻温的温度可以是740～760℃。
随炉冷却至高于TTT曲线鼻温的温度的速率可以是每小时小于50℃。
低于TTT曲线鼻温的温度可以是660～680℃。
随炉冷却至低于TTT曲线鼻温的温度的速率可以是每小时小于40℃。
在等温退火处理过程中，炉冷至545-555℃后，可以出炉空冷至室温。
高于Ac3的温度可以是1040～1070℃。
正火处理中保温结束后可以通过空冷进行快速冷却。
正火处理中保温结束后可以通过强制冷却进行快速冷却。
在下文中，将结合示例来详细说明本发明的细化10Cr9Mo1VNbN钢管及锻件粗晶的热处理方法。
示例1
在示例1中，首先将厚度为2cm的10Cr9Mo1VNbN钢管从常温加热到1070℃，充分保温50分钟后，其金相组织为奥氏体，这时，钢中的碳化物以及偏聚在原奥氏体粗大晶粒的晶界处的硫化物、磷化铁已基本溶解到奥氏体中。随后，以每小时小于50℃的冷速随炉冷却至750℃，保温90分钟，再随炉冷却至670℃，保温90分钟后，以每小时小于40℃的冷速随炉冷却至550℃后，出炉空冷至室温，这时，过冷奥氏体充分转变为“铁素体+碳化物”的平衡组织。
将完成等温退火处理的钢管放入正火炉中，加热至1050℃，保温50分钟，此时钢管的金相组织为奥氏体，在正火热处理的加热保温过程中，奥氏体的晶粒得到细化，保温结束后，将钢管进行强制冷却。
图1是轧制后经过“1050℃正火+770℃回火”热处理的10Cr9Mo1VNbN耐热钢管的晶粒状态（0级，50×）。图2是采用根据本发明的示例1的热处理方法处理后的钢管的晶粒状态（6.5级，100×）。参照图1和图2，“1050℃正火+770℃回火”热处理后的10Cr9Mo1VNbN耐热钢管存在粗晶现象，但是本发明的细化10Cr9Mo1VNbN钢管及锻件粗晶的热处理方法，将原始的以回火马氏体为主的非平衡组织转化成了平衡组织，消除了原奥氏体粗大晶粒的晶界处硫、磷等元素的偏聚，晶粒度为6.5级，使10Cr9Mo1VNbN钢管的粗晶现象得到消除，从而最大限度地减轻了细化晶粒的热处理过程中的组织遗传现象，达到了细化晶粒的目的。
示例2
在示例2中，首先将厚度为1cm的10Cr9Mo1VNbN锻件从常温加热到1060℃，充分保温25分钟后，以每小时小于50℃的冷速随炉冷却至760℃，保温100分钟，再随炉冷却至680℃，保温100分钟后，以每小时小于40℃的冷速随炉冷却至545℃后，出炉空冷至室温，这时，过冷奥氏体充分转变为“铁素体+碳化物”的平衡组织。
将完成等温退火处理的锻件放入正火炉中，加热至1040℃，保温25分钟，此时锻件的金相组织为奥氏体，在正火热处理的加热保温过程中，奥氏体的晶粒得到细化，保温结束后，对锻件进行空冷。
采用示例2的方法处理的锻件晶粒度为6.0级，消除了粗晶现象和原奥氏体粗大晶粒的晶界处硫、磷等元素的偏聚，原始的以回火马氏体为主的非平衡组织转化成了平衡组织，使晶粒达到最大程度的细化。
示例3
在示例3中，首先将厚度为3cm的10Cr9Mo1VNbN锻件从常温加热到1080℃，充分保温75分钟后，以每小时小于50℃的冷速随炉冷却至740℃，保温80分钟，再随炉冷却至660℃，保温80分钟后，以每小时小于40℃的冷速随炉冷却至555℃后，出炉空冷至室温，这时，过冷奥氏体充分转变为“铁素体+碳化物”的平衡组织。
将完成等温退火处理的锻件放入正火炉中，加热至1070℃，保温75分钟，此时锻件的金相组织为奥氏体，在正火热处理的加热保温过程中，奥氏体的晶粒得到细化，保温结束后，对锻件进行强制冷却。
采用示例3的方法处理的锻件晶粒度为7.0级，原始的以回火马氏体为主的非平衡组织转化成了平衡组织，同时在正火处理的过程中消除了粗晶现象和原奥氏体粗大晶粒的晶界处硫、磷等元素的偏聚，从而对晶粒进行了最大限度的细化。

Claims (10)

1.一种细化10Cr9Mo1VNbN钢管及锻件粗晶的方法，其特征在于包括下述步骤：
等温退火处理，将待处理的10Cr9Mo1VNbN锻件或钢管放入退火炉中，加热至完全退火，并根据锻件或钢管的有效工件厚度，按每毫米厚度2.0～2.5分钟来保温相应的时间，将保温结束后的锻件或钢管随炉冷却至高于TTT曲线鼻温的温度，保温80～100分钟，再随炉冷却至低于TTT曲线鼻温的温度，保温80～100分钟，炉冷至545～555℃，再冷却至室温；
正火处理，将完成等温退火处理的锻件或钢管放入正火炉中，加热至高于Ac3的温度，并根据锻件或钢管的有效工件厚度，按每毫米厚度2.0～2.5分钟来保温相应的时间，保温结束后快速冷却。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，将待处理的10Cr9Mo1VNbN锻件或钢管放入退火炉中，加热至1060～1080℃。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，高于TTT曲线鼻温的温度是740～760℃。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，随炉冷却至高于TTT曲线鼻温的温度的速率是每小时小于50℃。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，低于TTT曲线鼻温的温度是660～680℃。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，随炉冷却至低于TTT曲线鼻温的温度的速率是每小时小于40℃。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，炉冷至545～555℃后，出炉空冷至室温。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，高于Ac3的温度是1040～1070℃。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，正火处理中保温结束后通过空冷进行快速冷却。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，正火处理中保温结束后通过强制冷却进行快速冷却。
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