CN114540602A - 一种p92钢的脉冲时效强化方法及强化处理的p92钢 - Google Patents

一种p92钢的脉冲时效强化方法及强化处理的p92钢 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种P92钢的脉冲时效强化方法及强化处理的P92钢，将处理后的P92钢升温并保温处理，保温温度为710℃±10℃；再将钢管风冷并保温，控制降温速度不低于每分钟80℃；然后升温并保温处理；再将处理后的钢管风冷并保温处理；将处理后的钢管升温并保温处理后，降温得到强化后的P92钢；经本发明所给脉冲时效处理后，相比较原始P92钢，P92钢中Laves相晶粒尺寸得到优化，且钢管抗拉强度和屈服强度显著提高。

Description

一种P92钢的脉冲时效强化方法及强化处理的P92钢
技术领域
本发明属于机械加工技术领域，具体涉及一种P92钢的脉冲时效强化方法及强化处理的P92钢。
背景技术
随着能源短缺和环境问题的日益严重，超超临界技术正朝着更高温度、更高效的方向发展。新型超超临界锅炉高温段用P92钢在P91钢的基础上加入W代替部分Mo，提高了固溶强化效果，同时加入微量B元素，提高钢的热强性。
P92钢长期在高温高压的环境下服役，P92钢的显微组织会发生很大变化，材料的性能也会随之衰退。随着服役时间的延长，沉淀相总含量不断增加，M23C6含量缓慢增加，Laves相沿原柱状晶或马氏体板条束界大量析出，强化作用逐渐减弱。随着Laves相的粗化和马氏体板条结构的分解，粗大的原奥氏体晶界不能有效阻止裂纹的扩展，最终导致P92钢强度和韧性下降。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种P92钢的脉冲时效强化方法及强化处理的P92钢，增加脉冲时效强化方法，延缓P92钢中析出相的粗化速率，提高P92钢的抗拉强度和屈服强度。
本发明采用以下技术方案：
一种P92钢的脉冲时效强化方法，控制升温和降温速度，对P92钢进行多次升温保温和降温保温处理，控制降温处理的冷却速度大于等于每分钟80℃，然后将P92钢降至室温，完成对P92钢的脉冲时效强化处理。
具体的，对P92钢进行升温保温处理具体为：
将P92钢的温度升高至710±10℃，并保温15～30小时。
进一步的，升温速度小于等于每小时150℃。
具体的，对P92钢进行降温保温处理具体为：
将P92钢的温度降低至550±10℃，并保温1～2小时。
进一步的，冷却处理采用风冷方式。
具体的，对P92钢进行升温保温和降温保温的处理次数为2～4次。
具体的，对P92钢进行升温保温和降温保温的处理次数为3次。
具体的，将P92钢降至室温的降温速度小于等于每小时150℃。
本发明的另一个技术方案是，一种强化处理的P92钢，根据所述P92钢的脉冲时效强化方法制备而成。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明一种P92钢的脉冲时效强化方法，对P92钢进行多次升温保温和降温保温处理，控制降温处理的冷却速度大于等于每分钟80℃，控制冷却速度不低于每分钟80℃可有效延缓P92钢Laves相的粗化速率，增强沉淀强化效果，然后将P92钢降至室温，使得P92钢具有更高的抗拉强度、屈服强度。
进一步的，升温至710℃±10℃时，Laves相的析出量较少。
进一步的，设置升温速度不超过每小时150℃，可保证P92钢热应力较小，不发生热裂现象。
进一步的，降温处理至550℃进行保温，目的是防止内应力过大导致裂纹萌生。
进一步的，采用风冷方式进行散热，目的在于控制冷却速度不低于每分钟80℃。
进一步的，对P92钢进行1～4次升温保温降温处理，可使Laves相的分布、大小及数量发生一定程度的变化。
进一步的，冷却速度不超过每小时150℃，以减少P92钢的内应力，防止裂纹萌生。
综上所述，通过本发明方法对P92钢脉冲时效强化方法进行处理，可有效延缓P92钢中析出相的粗化速率，提高P92钢的抗拉强度和屈服强度。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明钢管的脉冲时效处理步骤示意图，其中，(a)为一次脉冲时效处理步骤示意图；(b)为二次脉冲时效处理步骤示意图；(c)为三次脉冲时效处理步骤示意图；(d)为四次脉冲时效处理步骤示意图；(e)为三次脉冲时效处理(680℃保温)步骤示意图；(f)为三次脉冲时效处理(740℃保温)步骤示意图；(g)为三次脉冲时效处理(风冷60℃/min)步骤示意图；(h)为三次脉冲时效处理(风冷100℃/min)步骤示意图；
图2为P92钢的金相组织照片图，其中，(a)为未时效处理P92钢的金相组织照片，(b)为实施例3所对应三次脉冲时效处理P92钢的金相组织照片；
图3为本发明实施例对应钢管的抗拉强度、屈服强度和断后延伸率随脉冲时效次数的变化曲线图；
图4为本发明实施例对应钢管的抗拉强度、屈服强度和断后延伸率随保温温度的变化曲线图；
图5为本发明实施例对应钢管的抗拉强度、屈服强度和断后延伸率随风冷速度的变化曲线图。
具体实施方式
下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明中，如果没有特别的说明，本文所提到的所有实施方式以及优选实施方法可以相互组合形成新的技术方案。
本发明中，如果没有特别的说明，本文所提到的所有技术特征以及优选特征可以相互组合形成新的技术方案。
本发明中，如果没有特别的说明，百分数(％)或者份指的是相对于组合物的重量百分数或重量份。
本发明中，如果没有特别的说明，所涉及的各组分或其优选组分可以相互组合形成新的技术方案。
本发明中，除非有其他说明，数值范围“a～b”表示a到b之间的任意实数组合的缩略表示，其中a和b都是实数。例如数值范围“6～22”表示本文中已经全部列出了“6～22”之间的全部实数，“6～22”只是这些数值组合的缩略表示。
本发明所公开的“范围”以下限和上限的形式，可以分别为一个或多个下限，和一个或多个上限。
本发明中，本文中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
本发明中，除非另有说明，各个反应或操作步骤可以顺序进行，也可以按照顺序进行。优选地，本文中的反应方法是顺序进行的。
除非另有说明，本文中所用的专业与科学术语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法或材料也可应用于本发明中。
本发明提供了一种基于P92钢的脉冲时效强化方法，增加脉冲时效强化方法，延缓P92钢中析出相的粗化速率，提高P92钢的抗拉强度和屈服强度，包括以下步骤：
S1、将钢管升温至710±10℃，并保温15～30小时，升温速度不超过每小时150℃；
S2、将步骤S1处理后的钢管，风冷至550±10℃，冷却速度不低于每分钟80℃，并保温1～2小时；
S3、重复步骤S1和步骤S2一次～三次；
S4、将步骤S3处理后的钢管降至室温，降温速度不超过每小时150℃。
采用本发明方法制备的P92钢的化学成分及质量百分数为：C(0.07％～0.13％)、Cr(8.5％～9.5％)、Ni(≤0.4)、Mn(0.3％～0.6％)、W(1.5％～2.0％)、Mo(0.3％～0.6％)、V(0.15％～0.25％)、Si(≤0.5)、余量Fe及不可避免的杂质元素。
脉冲时效强化处理后的P92钢，符合P92钢成分要求。其中V、Nb、Cr元素会与C、N元素相结合，形成碳、氮化物沉淀析出，能有效的阻止位错运动，降低界面迁移速率；Cr是铁素体稳定元素，起固溶强化和析出强化作用，增强钢的耐磨耐蚀性能。Ni能够提高钢的淬透性，提高钢的韧性；Mn提高钢的淬透性，破坏M23C6的稳定性；W是铁素体形成元素和Laves相的形成元素。Mo可延缓初始蠕变并延缓M23C6粗化；V是MX析出相的形成元素，有利于析出强化，减少基体含碳量，提高耐蚀性能。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下结合实施例对本发明做进一步详述，但本发明并不限于以下实施例。实例中P92钢为SA335-P92牌号成分的未时效处理SA335-P92钢，且SA335-P92钢的抗拉强度为645MPa，屈服强度为452MPa，断后延伸率为37.2％。
实施例1
采用SA335-P92钢管的化学成分及质量百分数为：C(0.112)、Cr(8.831)、Ni(0.235)、Mn(0.409)、W(1.936)、Mo(0.386)、V(0.209)、Si(0.241)、余量Fe及不可避免的杂质元素。
请参阅图1(a)，钢管时效处理方法为：
(1)将钢管升温至710℃，升温速度为每小时120℃，并保温60小时；
(2)将步骤(1)处理后的钢管降至室温，降温速度为每小时120℃。
分别取三段P92钢作为试样1，试样2和试样3，采用实施例1所述方法对试样1，试样2和试样3进行一次脉冲时效处理，试样1，试样2和试样3的强度值与延伸率见表1。
表1一次脉冲时效后P92钢的强度值与延伸率
Figure BDA0003519686060000061
一次脉冲时效处理钢管较未时效的P92钢，抗拉强度降低了2.02％，屈服强度降低了1.77％，断后伸长率提高了3.23％。
实施例2
采用P92钢的化学成分及质量百分数为：C(0.112)、Cr(8.831)、Ni(0.235)、Mn(0.409)、W(1.936)、Mo(0.386)、V(0.209)、Si(0.241)、余量Fe及不可避免的杂质元素。
请参阅图1(b)，钢管时效处理方法为：
(1)将钢管升温至710℃，升温速度为每小时120℃，并保温30小时；
(2)将步骤(1)处理后的钢管风冷至550℃，冷却速度为每分钟80℃，并保温1小时；
(3)将步骤(2)处理后的钢管升温至710℃，升温速度为每小时120℃，并保温30小时；
(4)将步骤(3)处理后的钢管降至室温，降温速度为每小时120℃。
分别取三段P92钢作为试样1，试样2和试样3，采用实施例2所述方法对试样1，试样2和试样3进行二次脉冲时效处理，试样1，试样2和试样3的强度值与延伸率见表2。
表2二次脉冲时效后P92钢的强度值与延伸率
Figure BDA0003519686060000071
二次脉冲时效处理钢管较未时效的P92钢，抗拉强度提高了6.51％，屈服强度提高了5.75％，断后伸长率降低了5.11％。
实施例3
采用P92钢的化学成分及质量百分数为：C(0.112)、Cr(8.831)、Ni(0.235)、Mn(0.409)、W(1.936)、Mo(0.386)、V(0.209)、Si(0.241)、余量Fe及不可避免的杂质元素。
请参阅图1(c)，钢管时效处理方法为：
(1)将钢管升温至710℃，升温速度为每小时120℃，并保温20小时；
(2)将步骤(1)处理后的钢管风冷至550℃，冷却速度为每分钟80℃，并保温1小时；
(3)将步骤(2)处理后的钢管升温至710℃，并保温20小时；
(4)将步骤(3)处理后的钢管风冷至550℃，冷却速度为每分钟80℃，并保温1小时；
(5)将步骤(4)处理后的钢管升温至710℃，并保温20小时；
(6)将步骤(5)处理后的钢管降至室温，降温速度为每小时120℃。
请参阅图2，图2(a)为未时效处理P92钢的金相组织照片，图2(b)为实施例3所对应三次脉冲时效处理P92钢的金相组织照片。随着时效时间的增加，组织的回复程度逐渐增大。组织中的马氏体板条界变得模糊，第二相颗粒尺寸和含量增加，尤其是位于原奥氏体晶界和马氏体板条界的第二相颗粒。第二相中Laves相属于非均匀形核，主要沿马氏体板条界分布，且经过时效后逐渐粗化、偏聚；其他相弥散分布在马氏体板条内。
分别取三段P92钢作为试样1，试样2和试样3，采用实施例3所述方法对试样1，试样2和试样3进行三次脉冲时效处理，试样1，试样2和试样3的强度值与延伸率见表3。
表3三次脉冲时效后P92钢的强度值与延伸率
Figure BDA0003519686060000081
三次脉冲时效处理钢管较未时效的P92钢，抗拉强度提高了10.54％，屈服强度提高了11.28％，断后伸长率降低了9.68％。
实施例4
采用P92钢的化学成分及质量百分数为：C(0.112)、Cr(8.831)、Ni(0.235)、Mn(0.409)、W(1.936)、Mo(0.386)、V(0.209)、Si(0.241)、余量Fe及不可避免的杂质元素。
请参阅图1(d)，钢管时效处理方法为：
(1)将钢管升温至710℃，升温速度为每小时120℃，并保温15小时；
(2)将步骤(1)处理后的钢管风冷至550℃，冷却速度为每分钟80℃，并保温1小时；
(3)将步骤(2)处理后的钢管升温至710℃，并保温15小时；
(4)将步骤(3)处理后的钢管风冷至550℃，冷却速度为每分钟80℃，并保温1小时；
(5)将步骤(4)处理后的钢管升温至710℃，并保温15小时；
(6)将步骤(5)处理后的钢管风冷至550℃，冷却速度为每分钟80℃，并保温1小时；
(7)将步骤(6)处理后的钢管升温至710℃，并保温15小时；
(8)将步骤(7)处理后的钢管降至室温，降温速度为每小时120℃。
分别取三段P92钢作为试样1，试样2和试样3，采用实施例4所述方法对试样1，试样2和试样3进行四次脉冲时效处理，试样1，试样2和试样3的强度值与延伸率见表4。
表4四次脉冲时效后P92钢的强度值与延伸率
Figure BDA0003519686060000091
四次脉冲时效处理钢管较未时效的P92钢，抗拉强度提高了7.13％，屈服强度提高了6.86％，断后伸长率降低了8.06％。
实施例5
采用P92钢的化学成分及质量百分数为：C(0.112)、Cr(8.831)、Ni(0.235)、Mn(0.409)、W(1.936)、Mo(0.386)、V(0.209)、Si(0.241)、余量Fe及不可避免的杂质元素。
请参阅图1(e)，钢管时效处理方法为：
(1)将钢管升温至680℃，升温速度为每小时120℃，并保温20小时；
(2)将步骤(1)处理后的钢管风冷至550℃，冷却速度为每分钟80℃，并保温1小时；
(3)将步骤(2)处理后的钢管升温至680℃，并保温20小时；
(4)将步骤(3)处理后的钢管风冷至550℃，冷却速度为每分钟80℃，并保温1小时；
(5)将步骤(4)处理后的钢管升温至680℃，并保温20小时；
(6)将步骤(5)处理后的钢管降至室温，降温速度为每小时120℃。
分别取三段P92钢作为试样1，试样2和试样3，采用实施例5所述方法对试样1，试样2和试样3进行三次脉冲时效处理，试样1，试样2和试样3的强度值与延伸率表5。
表5三次脉冲时效后(680℃保温)P92钢的强度值与延伸率
Figure BDA0003519686060000101
三次脉冲时效处理钢管较未时效的P92钢，抗拉强度提高了8.53％，屈服强度提高了7.74％，断后伸长率降低了8.60％。
实施例6
采用P92钢的化学成分及质量百分数为：C(0.112)、Cr(8.831)、Ni(0.235)、Mn(0.409)、W(1.936)、Mo(0.386)、V(0.209)、Si(0.241)、余量Fe及不可避免的杂质元素。
请参阅图1(f)，钢管时效处理方法为：
(1)将钢管升温至740℃，升温速度为每小时120℃，并保温20小时；
(2)将步骤(1)处理后的钢管风冷至550℃，冷却速度为每分钟80℃，并保温1小时；
(3)将步骤(2)处理后的钢管升温至740℃，并保温20小时；
(4)将步骤(3)处理后的钢管风冷至550℃，冷却速度为每分钟80℃，并保温1小时；
(5)将步骤(4)处理后的钢管升温至740℃，并保温20小时；
(6)将步骤(5)处理后的钢管降至室温，降温速度为每小时120℃。
分别取三段P92钢作为试样1，试样2和试样3，采用实施例6所述方法对试样1，试样2和试样3进行三次脉冲时效处理，试样1，试样2和试样3的强度值与延伸率见表6。
表6三次脉冲时效后(740℃保温)P92钢的强度值与延伸率
Figure BDA0003519686060000111
三次脉冲时效处理钢管较未时效的P92钢，抗拉强度提高了6.20％，屈服强度提高了5.53％，断后伸长率降低了5.11％。
实施例7
采用P92钢的化学成分及质量百分数为：C(0.112)、Cr(8.831)、Ni(0.235)、Mn(0.409)、W(1.936)、Mo(0.386)、V(0.209)、Si(0.241)、余量Fe及不可避免的杂质元素。
请参阅图1(g)，钢管时效处理方法为：
(1)将钢管升温至710℃，升温速度为每小时120℃，并保温20小时；
(2)将步骤(1)处理后的钢管风冷至550℃，冷却速度为每分钟60℃，并保温1小时；
(3)将步骤(2)处理后的钢管升温至710℃，并保温20小时；
(4)将步骤(3)处理后的钢管风冷至550℃，冷却速度为每分钟60℃，并保温1小时；
(5)将步骤(4)处理后的钢管升温至710℃，并保温20小时；
(6)将步骤(5)处理后的钢管降至室温，降温速度为每小时120℃。
分别取三段P92钢作为试样1，试样2和试样3，采用实施例7所述方法对试样1，试样2和试样3进行三次脉冲时效处理，试样1，试样2和试样3的强度值与延伸率见表7。
表7三次脉冲时效后(风冷60℃/min)P92钢的强度值与延伸率
Figure BDA0003519686060000112
三次脉冲时效处理钢管较未时效的P92钢，抗拉强度提高了4.96％，屈服强度提高了3.98％，断后伸长率降低了4.30％。
实施例8
采用P92钢的化学成分及质量百分数为：C(0.112)、Cr(8.831)、Ni(0.235)、Mn(0.409)、W(1.936)、Mo(0.386)、V(0.209)、Si(0.241)、余量Fe及不可避免的杂质元素。
请参阅图1(h)，钢管时效处理方法为：
(1)将钢管升温至710℃，升温速度为每小时120℃，并保温20小时；
(2)将步骤(1)处理后的钢管风冷至550℃，冷却速度为每分钟100℃，并保温1小时；
(3)将步骤(2)处理后的钢管升温至710℃，并保温20小时；
(4)将步骤(3)处理后的钢管风冷至550℃，冷却速度为每分钟100℃，并保温1小时；
(5)将步骤(4)处理后的钢管升温至710℃，并保温20小时；
(6)将步骤(5)处理后的钢管降至室温，降温速度为每小时120℃。
分别取三段P92钢作为试样1，试样2和试样3，采用实施例8所述方法对试样1，试样2和试样3进行三次脉冲时效处理，试样1，试样2和试样3的强度值与延伸率见表8。
表8三次脉冲时效后(风冷100℃/min)P92钢的强度值与延伸率
Figure BDA0003519686060000121
三次脉冲时效处理钢管较未时效的P92钢，抗拉强度提高了10.08％，屈服强度提高了10.84％，断后伸长率降低了9.14％。
请参阅图3、图4和图5，实施例2～8的抗拉强度和屈服强度较P92钢均有不同程度的提高，实施例3中三次脉冲时效处理的P92钢较未时效处理钢管，抗拉强度提高了10.54％，屈服强度提高了11.28％，断后伸长率降低了9.68％，强化效果明显。
综上所述，本发明一种P92钢的脉冲时效强化方法，通过脉冲时效强化方法，通过增加脉冲时效处理次数，延缓P92钢中析出相的粗化速率，显著提高了P92钢的抗拉强度和屈服强度。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种P92钢的脉冲时效强化方法，其特征在于，控制升温和降温速度，对P92钢进行多次升温保温和降温保温处理，控制降温处理的冷却速度大于等于每分钟80℃，然后将P92钢降至室温，完成对P92钢的脉冲时效强化处理。
2.根据权利要求1所述的P92钢的脉冲时效强化方法，其特征在于，对P92钢进行升温保温处理具体为：
将P92钢的温度升高至710±10℃，并保温15～30小时。
3.根据权利要求2所述的P92钢的脉冲时效强化方法，其特征在于，升温速度小于等于每小时150℃。
4.根据权利要求1所述的P92钢的脉冲时效强化方法，其特征在于，对P92钢进行降温保温处理具体为：
将P92钢的温度降低至550±10℃，并保温1～2小时。
5.根据权利要求4所述的P92钢的脉冲时效强化方法，其特征在于，冷却处理采用风冷方式。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的P92钢的脉冲时效强化方法，其特征在于，对P92钢进行升温保温和降温保温的处理次数为2～4次。
7.根据权利要求1所述的P92钢的脉冲时效强化方法，其特征在于，对P92钢进行升温保温和降温保温的处理次数为3次。
8.根据权利要求1所述的P92钢的脉冲时效强化方法，其特征在于，将P92钢降至室温的降温速度小于等于每小时150℃。
9.一种强化处理的P92钢，其特征在于，根据权利要求1所述P92钢的脉冲时效强化方法制备而成。
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