低碳鉻鉬釩鈮鈦硼鋼的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種低碳鉻鉬釩鈮鈦硼鋼的制造方法，尤其涉及一種納米析出相強化20CrlMolVNbTiB鋼的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，電力工業(yè)的裝機容量大幅增長，前幾年大量安裝的亞臨界300MW和600MW機組仍是我國火電機組的主力機型。一方面，隨著服役時間的延長，機組內(nèi)部構(gòu)件逐漸老化，給安全生產(chǎn)帶來極大隱患需要頻繁停機檢修；另一方面，電力企業(yè)也希望能夠進一步提高材料的綜合力學(xué)性能，以減少停機次數(shù)并盡量延長機組服役壽命。高溫螺栓是汽輪機組內(nèi)的關(guān)鍵緊固構(gòu)件，也是汽輪機組內(nèi)的薄弱環(huán)節(jié)之一，通常選用20CrlMolVNbTiB鋼制造，因此進一步提高材料的綜合力學(xué)性能是一個迫切需要解決的問題。20CrlMolVNbTiB鋼通常在調(diào)質(zhì)(淬火后高溫回火的熱處理工藝)狀態(tài)下使用，其微觀組織特征是在回火貝氏體板條基體中分布有MC型及M7C3型碳化物強化相。其中，MC相尺寸較小，在服役溫度下不易長大，可長時間保持強化作用。但傳統(tǒng)熱處理工藝條件下，MC相尺寸較大且顆粒密度低，強化效果有限。專利CN1461354A通過減少碳含量到0.01%以下，添加鈷元素確保淬透性，同時添加氮元素和MX(M表示金屬元素，X表示碳、氮元素)相生成元素，實現(xiàn)了在晶界和晶內(nèi)的界面上析出MX型強化相，提高了材料高溫蠕變強度。但在該工藝條件下MX型析出相主要分布在晶界和晶內(nèi)的界面上，強化效果有限。M.Taneike等人通過將碳的含量控制在0.002%以下，也可在材料基體內(nèi)獲得高密度的MX型納米析出相，但在大批量冶煉生產(chǎn)中目前還無法將碳的含量控制到該水平，因此這種方法目前并無實際工程應(yīng)用價值。20CrlMolVNbTiB鋼通常采用調(diào)質(zhì)(在約1030°C淬火后700°C高溫回火)工藝進行熱處理，在該工藝條件下繼續(xù)提高材料的性能空間已極為有限。張樹理提出了 2次奧氏體化(先正火再淬火)+1或2次回火的熱處理方法。然而該方法要么會引發(fā)材料晶粒粗化導(dǎo)致產(chǎn)品不合格，要么較傳統(tǒng)熱處理工藝并未能顯著提高材料的綜合力學(xué)性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種低碳鉻鉬釩鈮鈦硼鋼的制造方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷。
[0004]本發(fā)明低碳鉻鉬釩鈮鈦硼鋼的制造方法，包括如下步驟:
[0005]A、材料制備:按20CrlMolVNbTiB鋼的化學(xué)成分要求，將原料組合物依次經(jīng)熔煉、澆鑄、鍛造或乳制，制成棒材或板材；
[0006]B、高溫淬火處理:在1000-1250°C (攝氏度)條件下保溫0.5_20h (小時)，然后進行淬火處理；
[0007]C、機械熱處理:將材料加熱至650_780°C保溫0.5_20h后出爐，立刻進行乳制，隨后自然空冷至室溫。
[0008]高溫淬火處理的目的是將粗大的MC相溶入奧氏體中并獲得貝氏體板條型組織。提高溫度有利于粗大MC相的溶解，但如果溫度過高，易導(dǎo)致晶粒粗大或晶界過燒，導(dǎo)致材料的沖擊韌性降低；溫度過低，乳態(tài)或鍛態(tài)原始組織中遺留的粗大一次MC相溶解不充分。因此，本發(fā)明推薦的高溫淬火處理工藝為:1000-1250°C條件下熱處理0.5-20h，淬火方式為淬入油或水中冷卻至室溫。作為優(yōu)選方案，步驟B中保溫時間優(yōu)選0.5-3h。
[0009]通常，耐熱鋼高溫淬火后將進行回火處理。但如果只進行傳統(tǒng)的高溫回火處理(溫度高于650°C下)，由于板條內(nèi)的位錯回復(fù)速度很快，會降低MC型碳化物在板條內(nèi)的形核數(shù)目，導(dǎo)致MC型碳化物主要在晶界和板條界析出，數(shù)量較少且尺寸較大，未能有效激發(fā)MC型碳化物的析出強化效果。但如果在較低的溫度范圍550°C _650°C回火，雖然可以在材料內(nèi)獲得高密度的MC型納米析出相，但鋼的強度較高而塑性或韌性卻較低。因此本發(fā)明提出將回火處理替換為機械熱處理，借助變形使材料內(nèi)部獲得大量高密度位錯。隨后令材料自然空冷至室溫，借助材料的自回火效應(yīng)，MC型碳化物將擇優(yōu)在材料內(nèi)部的高密度位錯處形核析出，也即可在材料內(nèi)部獲得獲得細(xì)小、彌散的MC型納米析出相分布，以實現(xiàn)提高材料高溫強度的目的。作為進一步的優(yōu)選方案，步驟C中乳制溫度不低于550°C，乳制的變形量不小于10%，優(yōu)選15-50%。
[0010]本發(fā)明提供了一種納米析出相強化20CrlMolVNbTiB鋼的制造方法，其在鋼的基體內(nèi)均勻分布有高密度的MC(M表示金屬元素)型納米析出相。其熱處理方法主要為先高溫淬火、然后再進行機械熱處理。高密度的MC型納米析出相能夠均勻、彌散分布在鋼的基體中。本發(fā)明技術(shù)方案采用高溫淬火后直接機械熱處理的工藝方案，充分發(fā)揮MC型碳化物的彌散強化效果，因此可以有效提高材料的高溫力學(xué)性能。
【附圖說明】
[0011]圖1為對比例得到的鋼材料的顯微組織照片。
[0012]圖2為實施例1得到的鋼材料的顯微組織照片。
【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明較佳實施例，以詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0014]實施例1:
[0015]A、材料制備:按20CrlMolVNbTiB鋼的化學(xué)成分要求，將原料組合物依次經(jīng)熔煉、澆鑄、鍛造或乳制，制成棒材或板材，然后等待熱處理。
[0016]B、高溫淬火熱處理:高溫淬火處理的具體工藝為:將材料在1030°C條件下保溫3h，然后淬入油中冷卻至室溫；
[0017]C、機械熱處理:先將材料加熱至700°C保溫2h后出爐，立刻進行乳制(變形量15%)，隨后自然空冷至室溫。
[0018]實施例2:
[0019]A、材料制備:按20CrlMolVNbTiB鋼的化學(xué)成分要求，將原料組合物依次經(jīng)熔煉、澆鑄、鍛造或乳制，制成棒材或板材，然后等待熱處理。
[0020]B、高溫淬火熱處理:高溫淬火處理的具體工藝為:將材料在1200°C條件下保溫
1.5h，然后淬入水中冷卻至室溫；
[0021]C、機械熱處理:先將材料加熱至750°C保溫lh后出爐，立刻進行乳制(變形量15%)，隨后自然空冷至室溫。
[0022]對比例
[0023]采用傳統(tǒng)調(diào)質(zhì)熱處理工藝，即將實施例1步驟A制備的材料，進行淬火(在約1030°C保溫3h后淬入水或油中冷卻至室溫)和高溫回火(在700°C保溫2h后空冷至室溫)處理得到的材料。
[0024]采用Jeol H800透射電子顯微鏡，分別對實施例1和對比例進行檢測并拍攝顯微組織照片。
[0025]如圖1和圖2所示，20CrlMolVNbTiB鋼按照傳統(tǒng)調(diào)質(zhì)熱處理工藝處理后獲得的材料，鋼中碳化物較為粗大且大多沿晶界或亞晶界析出。而采用本發(fā)明方法獲得的材料，在材料基體中分布著大量細(xì)小、彌散的MC型納米析出相。
【主權(quán)項】
1.一種低碳鉻鉬釩鈮鈦硼鋼的制造方法，其特征在于，包括如下步驟: A、材料制備:按20CrlMolVNbTiB鋼的化學(xué)成分要求，將原料組合物依次經(jīng)熔煉、澆鑄、鍛造或乳制，制成棒材或板材； B、高溫淬火處理:在1000-1250°C條件下保溫0.5_20h，然后進行淬火處理； C、機械熱處理:將材料加熱至650-780°C保溫0.5-20h后出爐，立刻進行乳制，隨后自然空冷至室溫。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟B中所述保溫的時間為0.5-3h。3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟B中所述淬火處理的方式為淬入油或水中冷卻至室溫。4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟C中所述乳制時的溫度不低于550°C。5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟C中所述乳制的變形量不小于10%。6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，步驟C中所述乳制的變形量為15-50%。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種低碳鉻鉬釩鈮鈦硼鋼的制造方法，包括如下步驟：按20Cr1Mo1VNbTiB鋼的化學(xué)成分要求，將原料組合物依次經(jīng)熔煉、澆鑄、鍛造或軋制，制成棒材或板材；在1000-1250℃條件下熱處理0.5-20h，然后進行淬火處理；將材料加熱至650-780℃保溫0.5-20h后出爐，立刻進行軋制，隨后自然空冷至室溫。本發(fā)明采用高溫淬火后直接機械熱處理的工藝方案，在鋼的基體內(nèi)均勻分布有高密度的MC(M表示金屬元素)型納米析出相，充分發(fā)揮MC型碳化物的彌散強化效果，因此可以有效提高材料的高溫力學(xué)性能。
【IPC分類】C21D8/00, C21D1/18
【公開號】CN105420473
【申請?zhí)枴緾N201510856698
【發(fā)明人】張永濤
【申請人】上海電機學(xué)院
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年11月30日