[发明专利]一种提高9～12%Cr含硅马氏体耐热钢冲击韧性的热处理工艺

说明书

技术领域

本发明属于马氏体耐热钢的产品生产技术，特别涉及要求较高的冲击韧性的一种热处理技术，具体涉及一种提高9～12%Cr含硅马氏体耐热钢冲击韧性的热处理工艺。

背景技术

9～12%Cr马氏体耐热钢以其较低的热膨胀系数和较高的导热率等优良性能，已成为快中子堆、未来核聚变等先进核反应系统的包层和包壳候选结构材料。随着设备服役温度的提高和面临的更为苛刻的腐蚀性环境，进一步要求提高9～12%Cr马氏体耐热钢的耐腐蚀性能。通过在马氏体钢中添加适量的硅元素可以形成氧化硅层，有效地提高其耐蚀性能，但元素硅的加入在提高马氏体耐热钢的耐蚀性的同时会降低其韧性，导致该耐热钢在相对较短的时间内因脆性过大而发生断裂等失效形式，降低材料的使用寿命。因此，研究提高9～12%Cr含硅马氏体耐热钢的冲击韧性成为热门课题。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明提供了一种在保证材料强度的同时，能有效提高其冲击韧性，延长材料使用寿命的热处理工艺。

本发明的目的是这样实现的：

一种提高9～12%Cr含硅马氏体耐热钢冲击韧性的热处理工艺，其制备工艺如下：

①正火后冷却：在正火温度为1050±50℃条件下保温0.5～1h，随后空冷至室温；

②回火后冷却：在回火温度为760±50℃条件下保温1～2h，随后油冷至室温；

③去应力退火：在去应力退火温度为250±50℃条件下保温2.5～3.5h，随后空冷至室温。

优选的制备工艺如下：

①正火后冷却：在正火温度为1050±10℃条件下保温0.5h，随后空冷至室温；

②回火后冷却：在回火温度为760±10℃条件下保温1.5h，随后油冷至室温；

③去应力退火：在去应力退火温度为250±10℃条件下保温3h，随后空冷至室温。

工艺要点：

热处理工艺采用正火＋高温回火的方式进行。正火的目的是为了消除锻造组织中的粗大碳化物，在奥氏体化状态将其固溶入基体，同时通过合适的正火温度获得合适的晶粒大小。回火的目的是为了有效发挥碳化物的析出强化作用，在保证高强度的同时得到较高的冲击韧性。回火出炉后采用快冷，避免因发生回火脆性导致冲击功降低。

本发明所述9～12%Cr含硅马氏体耐热钢的成分为，以重量百分含量计（%），包含：C：0.19～0.25%，Si：1.0～1.3%，Cr：9.5～10.5%%，Mn：0.5～1.1%，W：1.1～1.2%，Ta+Nb：≤0.2%，0%<V：≤0.25%，S≤22ppm，P≤45ppm，余量为铁，其中Ta和Nb不可同时为0。

本发明所述9～12%Cr含硅马氏体耐热钢是直径为20mm的锻件。

本发明具有如下优点：

9～12%Cr含硅马氏体耐热钢热处理工艺，包括如下工序①正火后冷却，控制正火温度及保温时间，消除锻造组织中的粗大碳化物，在奥氏体化状态将碳化物固溶入基体，空冷至室温；②回火后冷却，严格控制回火入炉时间，回火加热温度和保温时间，获得均匀细小的碳化物沿晶界、马氏体板条界和晶粒内均匀分布的组织，采用较快的冷却方式，避免发生回火脆性导致冲击功下降；③去应力退火，消除淬火应力，提高尺寸稳定性，防止锻件的变形和开裂。经过本发明工艺处理后的9～12%Cr含硅马氏体耐热钢在不降低材料强度的同时，大幅度提高了材料的冲击韧性。

附图说明

图1为实施例1～3的工艺流程图。

图2为实施例1制得耐热钢的显微组织。

图3为对比例5制得耐热钢的显微组织。

具体实施方式

以下实施例将对本发明做进一步描述。

实施例1

选用直径为20mm；9～12%Cr含硅马氏体耐热钢化学成分为：C：0.19wt.%，Si：1.05wt.%，Cr：10.05wt.%，Mn：1.06wt.%，W：1.19wt.%，Ta：0.1wt.%，V：0.2wt.%，Nb：0.01wt.%，S：21（ppm），P：40（ppm），余量为铁。

热处理工艺（如图1所示）为：在正火温度为1050℃条件下保温0.5h，随后空冷至室温；在回火温度为760℃条件下保温1.5h，随后油冷（22号淬火油）至室温；在退火温度为250℃条件下保温3h，随后空冷至室温。所得耐热钢的显微组织如图2所示。

实施例2