一种高铬耐热合金的热处理工艺制造技术

一种高铬耐热合金的热处理工艺，包括以下步骤：将变形态耐热合金加热至晶界第二相溶解温度以上30℃以内，进行固溶处理30～120min，然后冷却；再加热至耐热合金完全奥氏体化温度以下10～40℃以内，进行时效处理4～12h，然后冷却。本发明专利技术的热处理获得的基体组织为奥氏体与马氏体双相组织，奥氏体体积分数在40～50％。晶界分布细小的不连续析出相，主要沿奥氏体与马氏体相邻的晶界析出，覆盖奥氏体与马氏体相邻晶界80％左右，宽度不超过200nm。奥氏体晶粒内分布大量细小析出相，平均尺寸不超过2μm，约占奥氏体体积分数30％以上；奥氏体与马氏体两相硬度均不低于300HV。马氏体两相硬度均不低于300HV。马氏体两相硬度均不低于300HV。

【技术实现步骤摘要】
一种高铬耐热合金的热处理工艺


[0001]本专利技术涉及耐热合金热处理领域，具体为一种高铬耐热合金的热处理工艺。

技术介绍

[0002]为应对全球气候变暖，改善生态环境，需要积极开展低碳减排行动，而提高火电机组参数，是降低二氧化碳排放，提高热效率的有效途径之一。火电机组参数的提高，对锅炉关键高温部件的选材带来了更高的要求。
[0003]目前，已经商业运行的超超临界火电机组主要采用P91、P92、FB2等9Cr马氏体耐热合金。当蒸汽参数提高到650℃以上，9Cr马氏体耐热合金已不能满足材料的抗氧化性及抗烟气腐蚀要求，需要采用更高Cr含量的耐热合金，才能满足要求。当Cr含量提高时，往往会导致晶界析出相尺寸粗化，马氏体稳定性降低，持久性能下降等一些问题。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种高铬耐热合金的热处理工艺，获得的组织中析出相细小且稳定，奥氏体与马氏体两相硬度不低于300HV，具有良好的性能匹配。
[0005]本专利技术通过以下技术方案来实现：
[0006]一种高铬耐热合金的热处理工艺，包括以下步骤：
[0007]步骤1：将变形态耐热合金加热至晶界第二相溶解温度以上30℃以内，进行固溶处理30～120min，然后冷却；
[0008]步骤2：将固溶处理后的耐热合金加热至耐热合金完全奥氏体化温度以下10～40℃以内，进行时效处理4～12h，然后冷却。
[0009]本专利技术进一步的改进在于，变形态的耐热合金成分按重量百分比满足以下组分，C：0.05～0.08％，Cr：11.5～15％，Ni：0.9～1.6％，Mn：5～10％，Si：0.2～0.5％，B：0.003～0.007％，Mo：0.5～1.5％，W：4～6％，Cu：≤1.2％，Al：≤1.5％，余量为Fe。
[0010]本专利技术进一步的改进在于，以10～15℃/min升温速率加热至晶界第二相溶解温度以上30℃以内。
[0011]本专利技术进一步的改进在于，以5～10℃/min升温速率加热至耐热合金完全奥氏体化温度以下10～40℃以内。
[0012]本专利技术进一步的改进在于，步骤1和步骤2中的冷却采用水冷方式进行。
[0013]本专利技术进一步的改进在于，耐热合金完全奥氏体化温度通过热膨胀法进行测得。
[0014]本专利技术进一步的改进在于，晶界第二相溶解温度通过金相法或热分析法测得。
[0015]本专利技术进一步的改进在于，变形态耐热合金通过以下过程制得：将铸态合金加热至1050～1100℃内进行热轧，每道次的轧制变形量在15～20％之间，得到变形态耐热合金。
[0016]与现有技术相比，本专利技术具以下有益的技术效果：
[0017]本专利技术中加热晶界第二相溶解温度以上30℃以内，进行固溶处理30～120min，完
成后冷却。固溶处理温度的控制是为了控制析出相在基体内的溶解度，确保合金的析出相溶解至基体。当固溶处理温度过低时，会导致在热加工过程中产生的第二相不能完全溶解至基体，进而在后期时效处理过程中析出相尺寸难以控制。当固溶处理温度过高时，会导致合金晶粒尺寸长大。将固溶处理后的耐热合金加热至完全奥氏体化温度以下10～40℃以内，进行时效处理4～12h。时效处理温度是为了使该合金在奥氏体晶粒内析出大量细小析出相，确保奥氏体具有良好的强度以及防止部分马氏体转变成奥氏体，引起奥氏体体积分数增大，降低合金的强度。当时效温度过低，不仅会导致两相晶界形成连续析出相，降低合金塑性，还会导致奥氏体晶粒内的析出相体积分数过低，降低奥氏体强度，导致合金综合强度降低。当时效温度过高，会导致奥氏体晶粒内析出相尺寸过大，降低了奥氏体的塑性。通过本专利技术中的热处理工艺，在高Cr含量的情况下，处理后的合金中在奥氏体晶粒内析出大量富Cr的析出相，提高奥氏体强度，并且降低基体内的Cr含量，减缓马氏体的退化速率，降低晶界富Cr析出相的粗化速率，提高合金性能。经本专利技术采用的热处理工艺处理后，获得合金组织为马氏体与奥氏体两相组织，奥氏体的体积分数在40～50％，两相晶界分布着不连续的细小析出相，覆盖两相晶界的80％左右，其宽度不超过200nm。奥氏体晶粒内分布大量细小析出相，其平均尺寸不超过2μm，约占奥氏体体积分数30％以上。奥氏体与马氏体两相硬度均不低于300HV，具有良好的性能匹配。
附图说明
[0018]图1为实施例1耐热合金通过热膨胀法测量合金的A
c3
温度；
[0019]图2为经本专利技术实施例1的方法步骤1处理后的组织结构图；
[0020]图3为经本专利技术实施例1的方法热处理后的组织结构图；
[0021]图4为经本专利技术对比例1的方法热处理后的组织结构图；
[0022]图5为经本专利技术对比例2的方法热处理后的组织结构图；
[0023]图6为经本专利技术实施例2的方法热处理后的组织结构图。
具体实施方式
[0024]下面结合具体实施例对本专利技术进行进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释不是限定。
[0025]一种高铬耐热合金的热处理工艺，包括如下步骤：
[0026]步骤1：铸态合金成分按重量百分比计，满足，C：0.05～0.08％，Cr：11.5～15％，Ni：0.9～1.6％，Mn：5～10％，Si：0.2～0.5％，B：0.003～0.007％，Mo：0.5～1.5％，W：4～6％，Cu：≤1.2％，Al：≤1.5％，余量为Fe；
[0027]将铸态合金加热至1050～1100℃内进行热轧，每道次的轧制变形量在15～20％之间，得到变形态耐热合金。
[0028]本专利技术中的变形态耐热合金中Cr含量在11.5～15wt％，基体主要为马氏体和奥氏体双相组织。Cr含量升高会降低马氏体稳定性。马氏体是一种具有高强度的亚稳态结构，过早的退化会降低材料的性能。通过，热处理获得马氏体与奥氏体两相组织。对比马氏体，奥氏体相具有优异的塑性，但强度较低。通过优化热处理工艺，在奥氏体内析出大量富Cr的析出相，提高奥氏体强度，降低基体内的Cr含量，减缓马氏体退化的速率，提高合金性能。为了
提高析出相及马氏体稳定性，增加持久寿命，必须通过不同热处理工艺调整两相比例及组织形貌，获得良好的性能匹配，满足其服役过程中的性能要求。
[0029]将变形态耐热合金以10～15℃/min升温速率加热至晶界第二相溶解温度以上30℃以内，进行固溶处理30～120min，确保所有析出相溶解至基体，完成后水冷至室温；
[0030]其中，通过金相法或热分析法测得晶界第二相溶解温度。
[0031]步骤2：将固溶处理后的耐热合金以5～10℃/min升温速率加热至耐热合金完全奥氏体化温度A
c3
以下10～40℃以内，进行时效处理4～12h，确保晶界的析出相主要沿奥氏体与马氏体相邻的晶界析出，覆盖奥氏体与马氏体相邻晶界80％左右，晶粒内的析出相主要在奥氏体相区内析出，然后水冷至室温。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高铬耐热合金的热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将变形态耐热合金加热至晶界第二相溶解温度以上30℃以内，进行固溶处理30～120min，然后冷却；步骤2：将固溶处理后的耐热合金加热至耐热合金完全奥氏体化温度以下10～40℃以内，进行时效处理4～12h，然后冷却。2.根据权利要求1所述的一种高铬耐热合金的热处理工艺，其特征在于，变形态的耐热合金成分按重量百分比满足以下组分，C：0.05～0.08％，Cr：11.5～15％，Ni：0.9～1.6％，Mn：5～10％，Si：0.2～0.5％，B：0.003～0.007％，Mo：0.5～1.5％，W：4～6％，Cu：≤1.2％，Al：≤1.5％，余量为Fe。3.根据权利要求1所述的一种高铬耐热合金的热处理工艺，其特征在于，以10～15℃/min升温速率加热...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鹏，杨征，严靖博，袁勇，谷月峰，党莹樱，鲁金涛，黄锦阳，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：