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CN102337477B - 一种耐热钢的热处理方法 - Google Patents

一种耐热钢的热处理方法 Download PDF

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Abstract

一种耐热钢的热处理方法，其是合理优化了9Cr-1Mo钢的组分，通过各种微量元素的合理添加及协调作用，能够有效细化MX以及M23C6等碳化物；并通过冶炼工艺准确控制了钢的纯净与成分，以达成上述各元素协同作用的目的；同时，独特的热处理工艺和参数选择，有效提高了硬度、抗蠕变断裂等力学性能。

Description

一种耐热钢的热处理方法
技术领域
本发明涉及钢铁材料领域，特别是一种具有优异高温力学性能的耐热钢的热处理方法。背景技术
由于电力工业是国民经济发展的现行部分，其为工业和国民经济其它部门提供基本动力，是一个国家经济持续、健康发展的关键所在。当今虽然提倡环保，大力发展水电、风电等清洁能源，但鉴于我国的实际情况，国家的电力供应在很长一段时期内仍将很大程度上依赖于火力发电。因此，随着我国经济的快速发展，提高火电机组的热效率是一项重要和紧迫的任务。而火电机组效率的提高主要在于提高蒸汽的压力和温度。这就对火电机组的相关设备用钢特别是锅炉用钢的力学性能、尤其是高温力学性能提出了更高的要求，例如要求钢材在高温下具有足够的持久强度、蠕变强度、抗氧化行、耐腐蚀性、组织稳定性，以及还应具有良好的焊接性和冷热加工性能。
9Cr-1Mo系列耐热钢具有良好的强韧性、抗蠕变性、优异的高温抗氧化性和耐腐蚀性能，是一种广泛应用于火力发电厂动力等设备的耐热钢材，并且在世界范围内，对于9Cr-1Mo耐热钢的研究及改良一直是热门课题。时至今日，关于9Cr-1Mo耐热钢的开发及改良的研究热情非但没有衰减，反而随着能源短缺的日益严重而变更更为迫切。
发明内容
本发明的目的即在于通过调整9Cr-1Mo系列耐热钢的成分以及冶炼、热处理方法，获得一种高温力学性能优异的耐热钢。
本发明所采用的技术方案如下：一种耐热钢的热处理方法，其包括以下步骤：
第一，设计所述耐热钢的成分及配料，以重量百分含量计(％)，包含：C0.09-0.11，Si0.06-0.3，Mn0.5-0.7，Cr8-9，Mo0.95-1.05，P≤0.008，S≤0.006，Ni0.25-0.35，Cu0.03-0.05，V0.15-0.20，Nb0.09-0.11，Al0.01-0.02，Ti0.005-0.01，N0.02-0.04，余量为Fe和不可避免的杂质。
第二，冶炼，包括电弧炉初炼、钢包(LF)精炼、真空脱气(VD)处理，其中电弧炉采用偏心底出钢电弧炉(EBT)，出钢温度为1650-1670℃；出钢前依序加入铬铁、钼铁、锰铁以及硅铁和Al粒；出钢后在钢包内依序加入钒铁、铌铁、钛铁、纯镍以及纯铜，钢包精炼全程底吹氮气，氮气流量为250-300Nm3/min，吊包温度也控制在1650-1670℃；真空脱气处理真空度在67Pa以下，保持真空10-15分钟后，再次底吹氮气，流量保持在250-300Nm3/min。
第三，浇注成型，经水平连铸及适当的轧制工艺将耐热钢加工成所需形状。
第四，热处理，将浇注成型的耐热钢在1150-1200℃条件下加热1.5-2h，随后空冷到220-250℃，保温1.5-2h后，再以25-30℃/min的升温速率加热到700-750℃高温回火1.5-2h，之后空冷至室温。
本发明的优点是：在9Cr-1Mo的基础上，合理优化了钢的组分，通过各种微量元素的合理添加及协调作用，能够有效细化MX以及M23C6等碳化物；并通过冶炼工艺准确控制了钢的纯净与成分，以达成上述各元素协同作用的目的；同时，独特的热处理工艺和参数选择，有效提高了硬度、抗蠕变断裂等力学性能。
具体实施方式
下面，通过具体的实施例对本发明进行详细说明。
一种耐热钢的热处理方法，其包括以下步骤：
第一，设计所述耐热钢的成分及配料，以重量百分含量计(％)，包含：C0.1，Si0.15，Mn0.6，Cr8.5，Mo1，P0.006，S0.006，Ni0.3，Cu0.04，V0.17，Nb0.1，Al0.01，Ti0.008，N0.03，余量为Fe和不可避免的杂质。
第二，冶炼，包括电弧炉初炼、钢包(LF)精炼、真空脱气(VD)处理，其中电弧炉采用偏心底出钢电弧炉(EBT)，出钢温度为1660℃；出钢前依序加入铬铁、钼铁、锰铁以及硅铁和Al粒；出钢后在钢包内依序加入钒铁、铌铁、钛铁、纯镍以及纯铜，钢包精炼全程底吹氮气，氮气流量为280Nm3/min，吊包温度也控制在1660℃；真空脱气处理真空度为65Pa，保持真空10分钟后，再次底吹氮气，流量保持在300Nm3/min。
第三，浇注成型，经水平连铸及适当的轧制工艺将耐热钢加工成所需形状。
第四，热处理，将浇注成型的耐热钢在1180℃条件下加热1.8h，随后空冷到240℃，保温1.8h后，再以27℃/min的升温速率加热到730℃高温回火2h，之后空冷至室温。
本发明的耐热钢的硬度约为HV300，略高于普通9Cr-1Mo耐热钢HV250的水平；而在650℃、110MPa条件下的蠕变断裂时间超过3000小时，远远超过普通9Cr-1Mo耐热钢1000小时的水平。

Claims (2)

1.一种耐热钢的热处理方法，其包括以下步骤：
第一，设计所述耐热钢的成分及配料，以重量百分含量计(％)，包含：C0.1，Si0.15，Mn0.6，Cr8.5，Mo1，P0.006，S0.006，Ni0.3，Cu0.04，V0.17，Nb0.1，Al0.01，Ti0.008，N0.03，余量为Fe和不可避免的杂质；
第二，冶炼，包括电弧炉初炼、钢包(LF)精炼、真空脱气(VD)处理，其中电弧炉采用偏心底出钢电弧炉(EBT)，出钢温度为1660℃；出钢前依序加入铬铁、钼铁、锰铁以及硅铁和Al粒；出钢后在钢包内依序加入钒铁、铌铁、钛铁、纯镍以及纯铜，钢包精炼全程底吹氮气，氮气流量为280Nm3/min，吊包温度也控制在1660℃；真空脱气处理真空度为65Pa，保持真空10分钟后，再次底吹氮气，流量保持在300Nm3/min；
第三，浇注成型，经水平连铸及适当的轧制工艺将耐热钢加工成所需形状；
第四，热处理，将浇注成型的耐热钢在1180℃条件下加热1.8h，随后空冷到240℃，保温1.8h后，再以27℃/min的升温速率加热到730℃高温回火2h，之后空冷至室温。
2.根据权利要求1所述的一种耐热钢的热处理方法，其特征在于：所述耐热钢的硬度为HV300；650℃、110MPa条件下的蠕变断裂时间超过3000小时。
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