[发明专利]一种马氏体耐热钢的强韧化处理工艺

说明书

本发明公开了一种马氏体耐热钢的强韧化处理工艺，本发明提供一种马氏体耐热钢强韧化处理工艺，该工艺分为高温固溶处理、高温锻造、淬火和两阶段回火四个主要步骤。本发明将高温锻造与两阶段回火工艺相结合，通过控制碳化物(种类、大小、形貌及分布)与马氏体板条的回复程度，取得了弥散强化和细晶强化双重效果，避免回火脆性，获得马氏体耐热钢最优化的强韧性配合。

技术领域

本发明属于耐热钢技术领域，涉及一种马氏体耐热钢的强韧化处理工艺。

背景技术

马氏体耐热钢是一种热强性耐热钢，通常含较高Cr元素，主要应用于发电站汽轮机的叶片、转子等重要零件。作为发电设备关键部件，汽轮机所处工况复杂，长时间服役于高温环境，并承受持续的离心力，在电力调峰时频繁启停，承受多频次冲击。因此，对马氏体耐热钢的高温持久强度、韧性和蠕变强度提出了很高要求。为实现高效、节能、环保的发电能力，提高热效率，超超临界汽轮机工作温度和压力进一步提高(主蒸汽温度超过600℃，主蒸汽压力超过28MPa)，对马氏体耐热钢的性能提出新的挑战。

通常情况下，对淬火后的马氏体耐热钢进行高温回火，通过在马氏体基体上析出碳化物，可显著增强钢材的强度和抗蠕变性能。然而，碳化物的形貌、分布及种类都不易控制。例如，在马氏体基体上析出细小的、均匀分布的M2C型和M7C3型碳化物时，可提高马氏体耐热钢的强度、韧性和高温持久性能。而当马氏体或原奥氏体晶界上大量析出M23C6型碳化物时，则会使马氏体耐热钢的脆性增大。同时，回火工艺控制不当，极易出现回火脆性，导致马氏体耐热钢的韧性显著降低。

发明内容

本发明解决的问题在于提供一种马氏体耐热钢的强韧化处理工艺，通过调整马氏体耐热钢的热处理工艺，控制碳化物的形貌、分布与种类，在提高马氏体耐热钢高温持久强度的同时又避免了回火脆性，可显著改善马氏体耐热钢的韧性，提高其在高温下的蠕变断裂强度。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种马氏体耐热钢的强韧化处理工艺，包括以下操作：

1)高温固溶处理：将马氏体耐热钢工件加热到1080～1130℃，保温60～90分钟，使碳化物及合金元素完全溶解，获得单相奥氏体组织；

2)高温锻造：保温完成之后立即对工件进行高温锻造，锻造比为3～8，终锻温度区间为1100～920℃，获得致密细小的奥氏体组织；

3)淬火处理：将终锻后工件快速淬火冷却至室温，获得马氏体组织，淬火介质采用热水或热油；

4)两阶段回火处理：淬火后立即对工件进行回火处理，第一阶段回火温度为620～670℃，保温1～2小时；之后升温至670～730℃进行第二阶段回火，保温2～4小时，以获得弥散分布的碳化物；

5)回火处理之后的冷却：炉冷至450℃，450℃之后空冷至室温，冷速控制在15-25℃/S之间。

所述的淬火处理中，冷速控制在150-200℃/S之间。

所述的淬火介质中的热水为水温高于90℃的纯水或盐水；

所述的热油为油温高于60℃的淬火油。

通过两阶段回火工艺处理对碳化物的种类、大小、形貌及分布进行控制：

第一阶段回火：析出细小分布的MX、M7C3型碳化物，均匀分布于马氏体板条中，取得弥散强化效果；

第二阶段回火：MX、M7C3型碳化物碳化物数量进一步增多，同时伴随少量M23C6型碳化物分布于原奥氏体晶界，马氏体板条得到一定程度回复。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：