CN109594019A - 一种9Cr马氏体耐热铸钢及消除该铸钢中δ-铁素体的方法 - Google Patents

一种9Cr马氏体耐热铸钢及消除该铸钢中δ-铁素体的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种9Cr马氏体耐热铸钢及消除该铸钢中δ‑铁素体的方法，可有效提高马氏体耐热钢强度、硬度及冲击韧性等性能。方法是，将铸态马氏体耐热钢先经均质化退火从室温加热至1150℃～1200℃，保温2～10小时后空冷至室温；然后正火加热至1050℃～1100℃，保温2～5小时后空冷至室温；最后回火加热至700℃～760℃，保温3～10小时后空冷至室温。升温速率均小于10℃/min。本发明方法新颖独特，可以有效消除9Cr马氏体耐热铸件中存在大量δ‑铁素体相，避免了由于存在δ‑铁素体而造成大型铸件直接报废情况，降低了生产制造成本，提高了经济效益。

Description

一种9Cr马氏体耐热铸钢及消除该铸钢中δ-铁素体的方法
技术领域
本发明涉及热处理，特别是针对含合金种类较多的9Cr马氏体耐热铸钢中存在δ-铁素体相的消除。
背景技术
燃煤发电是我国电力生产的主力军，目前或在今后相当时期，仍然占据年发电量的70％。采用先进技术提高燃煤机组的效率，实现节能降耗，减少环境污染一直是我国电力工业发展的重要和紧迫任务。为了节约能源和保护环境，各国均将花大力气开发能够有效的提高燃煤利用率和热效率的超超临界发电技术。超超临界发电绿色技术，已成为我国改建或在建发电机组的首选引进技术。
9Cr马氏体耐热钢因其良好的热强性和较低的热膨胀系数等物理性能，成为电站机组用钢中最为关键的耐热材料。为使590～620℃等级的9Cr马氏体耐热钢获得良好的综合性能，常在钢中复合添加较多的合金元素，但Cr，W，Mo等会使奥氏体单相区缩小，δ-铁素体相区扩大，导致在生产中大型铸锻件组织中极易出现δ-铁素体。δ-铁素体会引起合金的韧性不足，断裂韧性随组织中δ-铁素体的增加而显著降低。一般地，9Cr马氏体耐热钢组织中尽量避免δ-铁素体生成，控制δ-铁素体体积分数不宜超过3％。
目前，大多研究都集中于调整合金成分的配比，以避免δ-铁素体相的生成。本发明针对含有超量δ-铁素体的马氏体耐热铸钢，制定合理的热处理工艺，保证加热温度停留在奥氏体单相区，从而避免组织中δ-铁素体的生成，有效消除9Cr马氏体耐热铸件中δ-铁素体相。
发明内容
本发明基于奥氏体转变机制，通过研究制定合理的热处理工艺参数，实现了9Cr马氏体耐热铸钢中δ-铁素体经奥氏体化后向马氏体转变的过程，从而达到对9Cr马氏体耐热铸钢组织中δ-铁素体相的有效消除。
本发明的具体技术方案如下：
一种9Cr马氏体耐热铸钢，其主要合金元素及其质量百分比为：
C：0.08％～0.25％；Si：0.1％～0.4％；Mn：0.5％～1.2％；Cr：8.5％～12.5％；Mo：0.8％～3.5％；Co：0.5％～1.5％；V：0.05％～0.4％；Ni：0.151％～0.179％；Nb：0.02％～0.8％；N：0.01％～0.08％；B：0.01％～0.06％；Fe：余量。
一种有效消除9Cr马氏体耐热铸件中δ-铁素体相的热处理工艺，其步骤如下：
将铸态马氏体耐热钢先经均质化退火从室温加热至1150℃～1200℃，保温2～10小时后冷却至室温；然后正火加热至1050℃～1100℃，保温2～5小时后冷却至室温；最后回火加热至700℃～760℃，保温3～7小时后冷却至室温。
优选各阶段升温速率小于10℃/min。
优选各阶段冷却方式为空冷。
9Cr马氏体耐热铸钢中δ-铁素体的生成与添加入的铁素体合金元素有关，而合金元素的添加会使该钢种转变曲线的位置发生改变，造成奥氏体相区缩小。因此设定合适的热处理温度是能否到达奥氏体单相区的关键。本发明经上述热处理流程后，有效的消除了马氏体铸钢中的δ-铁素体相，铸钢中的δ-铁素体在全视野范围内小于3％，符合使用标准。
本发明的优点和有益效果：
本发明通过前期制定合理的热处理工艺，即可对马氏体耐热铸钢中δ-铁素体相进行有效的消除，使钢的强度、硬度尤其是冲击韧性等性能得到了改善，达到了使用标准，避免了因δ-铁素体超标而导致报废的情况，降低了制造成本。
附图说明
图1为含δ-铁素体的马氏体耐热铸钢的热处理工艺曲线。
图2为案例1中各热处理阶段的金相组织照片：A为铸态的金相组织照片，B为第一阶段均质化退火热处理后的金相组织照片，C为第二阶段正火热处理后的金相组织照片，D为第三阶段回火热处理后的金相组织照片。
图3为案例2中各热处理阶段的金相组织照片：A为铸态的金相组织照片，B为第一阶段均质化退火热处理后的金相组织照片，C为第二阶段正火热处理后的金相组织照片，D为第三阶段回火热处理后的金相组织照片。
图4为案例3中各热处理阶段的金相组织照片：A为铸态的金相组织照片，B为第一阶段均质化退火热处理后的金相组织照片，C为第二阶段正火热处理后的金相组织照片，D为第三阶段回火热处理后的金相组织照片。
具体实施方式
附图1给出了本发明含δ-铁素体的马氏体耐热铸钢的热处理工艺曲线，本发明工艺是将铸态马氏体耐热钢先经均质化退火从室温加热至1150℃～1200℃，保温2～10小时后冷却至室温；然后正火加热至1050℃～1100℃，保温2～5小时后冷却至室温；最后回火加热至700℃～760℃，保温3～7小时后冷却至室温。本发明工艺中各阶段升温速率均小于10℃/min，各阶段冷却方式均为空冷。下面通过具体的实施例对本发明技术方案做进一步说明。
实施例1：
针对一种9Cr马氏体耐热铸钢，马氏体耐热铸钢各元素的化学成分及其质量百分比为：C：0.136％；Si：0.267％；Mn：0.82％；Cr：9.33％；Mo：1.40％；Co：0.87％；V：0.183％；Ni：0.151％；Nb：0.054％；N：0.040％；B：0.017％；Fe：余量。所述成分马氏体耐热铸钢铸态组织如附图2A所示，钢中组织中为明显的马氏体和δ-铁素体双相组织。通过网格法计算，其δ-铁素体含量约18％。其冲击功为13J。
本实施例马氏体耐热铸钢的热处理方法包括均质化退火，正火，回火，具体工艺步骤如下所述：
(1)均质化退火工序：加热温度1180℃，保温时间5小时，出炉空冷。
(2)正火工序：加热温度1080℃，保温时间2小时，出炉空冷。
(3)回火工序：加热温度700℃，保温时间5小时，出炉空冷。
各阶段热处理后金相组织如附图2B、2C、2D所示，均质化退火(1180℃-5h-空冷)后，钢中组织变得均匀，铸钢中δ-铁素体组织显著减少，铸态组织中弥散的条状、岛状的大块δ-铁素体转变为少量的细丝状、点状δ-铁素体。正火(1080℃-2h-空冷)+回火(700℃-2h-空冷)后，全视野范围内无明显δ-铁素体相存在，冲击功提升到29J。
实施例2：
针对一种9Cr马氏体耐热铸钢，马氏体耐热铸钢各元素的化学成分及其质量百分比为：C：0.114％；Si：0.267％；Mn：0.80％；Cr：9.51％；Mo：1.50％；Co：0.87％；V：0.304％；Ni：0.157％；Nb：0.06％；N：0.038％；B：0.017％；Fe：余量。所述成分马氏体耐热铸钢铸态组织如附图3A所示，钢中组织中为明显的马氏体和δ-铁素体双相组织，其冲击功为15J。通过网格法计算，其δ-铁素体含量约在13％。
本实施例马氏体耐热铸钢的热处理方法包括均质化退火，正火，回火，具体工艺步骤如下所述：
(1)均质化退火工序：加热温度1180℃，保温时间5小时，出炉空冷。
(2)正火工序：加热温度1080℃，保温时间2小时，出炉空冷。
(3)回火工序：加热温度700℃，保温时间5小时，出炉空冷。
各阶段热处理后金相组织如附图3B、3C、3D所示，经均质化退火(1180℃-5h-空冷)+正火(1080℃-2h-空冷)+回火(700℃-5h-空冷)后，冲击功提升到28J。观察到全视野范围内δ-铁素体相体积分数为1.02％左右，符合小于3％的使用标准。
实施例3：
针对一种9Cr马氏体耐热铸钢，马氏体耐热铸钢各元素的化学成分及其质量百分比为：C：0.121％；Si：0.287％；Mn：0.87％；Cr：9.27％；Mo：1.40％；Co：0.87％；V：0.247％；Ni：0.179％；N：0.028％；Nb：0.065％；B：0.017％；Fe：余量。所述成分马氏体耐热铸钢铸态组织如附图4A所示，钢中组织中为明显的马氏体和δ-铁素体双相组织。通过网格法计算，其δ-铁素体含量约在19％。其冲击功为19J。
本实施例马氏体耐热铸钢的热处理方法包括均质化退火，正火，回火，具体工艺步骤如下所述：
(1)均质化退火工序：加热温度1180℃，保温时间10小时，出炉空冷。
(2)正火工序：加热温度1080℃，保温时间2小时，出炉空冷。
(3)回火工序：加热温度700℃，保温时间5小时，出炉空冷。
各阶段热处理后金相组织如附图4B、4C、4D所示，经均质化退火(1180℃-10h-空冷)+正火(1080℃-2h-空冷)+回火(700℃-5h-空冷)后，冲击功提升到33J。观察到全视野范围内δ-铁素体相体积分数为0.78％左右，符合小于3％的使用标准。

Claims (9)

1.一种9Cr马氏体耐热铸钢，其特征在于：所述耐热铸钢的合金成分及其质量百分比为：C：0.08％～0.25％；Si：0.1％～0.4％；Mn：0.5％～1.2％；Cr：8.5％～12.5％；Mo：0.8％～3.5％；Co：0.5％～1.5％；V：0.05％～0.4％；Ni：0.151％～0.179％；Nb：0.02％～0.8％；N：0.01％～0.08％；B：0.01％～0.06％；Fe：余量。
2.如权利要求1所述的9Cr马氏体耐热铸钢，其特征在于：所述耐热铸钢的合金成分及其质量百分比为：C：0.136％；Si：0.267％；Mn：0.82％；Cr：9.33％；Mo：1.40％；Co：0.87％；V：0.183％；Ni：0.151％；Nb：0.054％；N：0.040％；B：0.017％；Fe：余量。
3.如权利要求1所述的9Cr马氏体耐热铸钢，其特征在于：所述耐热铸钢的合金成分及其质量百分比为：C：0.114％；Si：0.267％；Mn：0.80％；Cr：9.51％；Mo：1.50％；Co：0.87％；V：0.304％；Ni：0.157％；Nb：0.06％；N：0.038％；B：0.017％；Fe：余量。
4.如权利要求1所述的9Cr马氏体耐热铸钢，其特征在于：所述耐热铸钢的合金成分及其质量百分比为：C：0.121％；Si：0.287％；Mn：0.87％；Cr：9.27％；Mo：1.40％；Co：0.87％；V：0.247％；Ni：0.179％；N：0.028％；Nb：0.065％；B：0.017％；Fe：余量。
5.一种消除权利要求1-4所述的9Cr马氏体耐热铸钢中δ-铁素体相的方法，其特征在于包括以下步骤：
将铸态马氏体耐热钢先经均质化退火从室温加热至1150℃～1200℃，保温2～10小时后冷却至室温；然后正火加热至1050℃～1100℃，保温2～5小时后冷却至室温；最后回火加热至700℃～760℃，保温3～7小时后冷却至室温。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：均质化退火工序的加热温度1180℃，保温时间5小时；正火工序中加热温度1080℃，保温时间2小时；回火工序中加热温度700℃，保温时间5小时。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于：均质化退火工序中加热温度1180℃，保温时间10小时；正火工序中加热温度1080℃，保温时间2小时；回火工序中加热温度700℃，保温时间5小时。
8.如权利要求5-7所述的方法，其特征在于：各阶段升温速率均小于10℃/min。
9.如权利要求5-7所述的方法，其特征在于：各阶段冷却方式均为空冷。
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