[发明专利]在铁素体耐热钢T91中获得残余奥氏体的方法

说明书

技术领域

本发明属于高铬铁素体耐热钢生产技术领域，涉及一种在铁素耐热钢T91中获得残余奥氏体的热处理工艺方法。

背景技术

耐热钢的发展与能源、动力机械的进步有着密切的关系。在火力发电、原子核能、宇航、航空、石油和化学工业等新技术开发领域中，耐热钢性能的优劣是其成功与否的关键性环节，因此耐热钢的重要性日益提高。特别是近年来为解决日益突出的能源短缺及环境污染问题，高效率的超（超）临界压发电在国际上成为热门话题，具有高蒸汽参数的超临界发电机组对耐热钢的性能提出了更高的要求。由于耐热钢在高温、高压的工作环境下长期服役的特点，其在应用中应特别重视可靠性和安全性。这一切要求超高临界压发电厂锅炉管用耐热钢既要有优异的抗蠕变性能，又要有良好的冲击韧性。有研究表明，铁素体耐热钢中含有一定的残余奥氏体，可以提高焊接接头的蠕变强度，这与残余奥氏体在后续热处理过程中转变为马氏体有关。这说明在铁素体耐热钢中获得一定量的残余奥氏体对于提高铁素体耐热钢的蠕变强度有重要意义。但是由于铁素体耐热钢中含有较多的铁素体稳定化元素，采用常规工艺在铁素体耐热钢中得到残余奥氏体较为困难。

近年来，国际上提出了一种新工艺，即淬火-碳分配（QP）工艺，使残留奥氏体富碳而存在于室温，经该工艺处理后的钢种在塑性和韧性方面得到了保障，从而实现强度和韧性的良好结合，对发展高强度钢作出了重要贡献。但是这种工艺一般应用于相变塑性钢，这种钢种的Si和Al含量较高，可以保证在碳分配过程中，先生成马氏体中的碳向未转变的奥氏体中扩散，而不会因生成碳化物而消耗碳。对于如铁素体耐热钢，这种含复杂碳化物形成元素的钢种，此工艺的应用尚无法考量，也并未见诸报道。因此，需要对淬火-碳分配工艺进行改进，探索一种能应用于铁素体耐热钢的工艺方法，使其能获得一定量的残余奥氏体。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供了一种可适用于铁素体耐热钢T91的工艺方法，在含复杂碳化物形成元素的钢种中得到了一定量的残余奥氏体，有利于提高铁素体耐热钢的蠕变寿命和韧性。

具体技术方案如下：

一种在铁素体耐热钢T91中获得残余奥氏体的方法，步骤如下：

1、对热轧后的T91钢管进行如下热处理：以4℃/s加热至1100-1200℃，保温10-20min；然后，以3℃/s连续冷却至室温；根据得到的线膨胀量随温度的变化曲线确定T91钢在上述热处理连续冷却过程中马氏体相变的起始温度（M_s）和结束温度（M_f）；

2、将相同的另一个T91钢管以4℃/s加热至1100-1200℃，保温10-20min;然后，以3℃/s冷却至步骤1中得到的M_s与M_f之间的任意温度，保温10-45min，然后以3℃/s继续冷却至室温。

本发明的主旨是将T91冷却至M_s与M_f范围内的某一温度T，并保温一段时间，形成富碳奥氏体（碳由马氏体向奥氏体中扩散），提高奥氏体的稳定性，从而在室温下得到一定量的残余奥氏体。由图1给出的热处理工艺曲线及线膨胀随时间变化的曲线可知，当由M_s冷却至T时，发生马氏体相变，但是由于保温温度T高于M_f，过冷奥氏体并未全部转变为马氏体，只有部分奥氏体发生了马氏体相变，在保温过程中，马氏体中过饱和的碳会向未转变的奥氏体中扩散，使奥氏体的稳定性提高。保温结束，在随后的冷却过程中，部分未转变的过冷奥氏体转变为马氏体，但是由于这部分奥氏体的稳定性提高，因此第二次马氏体相变的起始温度并不等于保温温度，而是低于保温温度。从图2经该工艺处理后试样的XRD图谱可以发现，在试样中含有一定量的残余奥氏体。图3给出了经该工艺处理后试样的TEM照片，从中可以发现残余奥氏体主要以带状形式存在于马氏体板条界。

本发明优点：

对于铁素耐热钢T91这种含铁素体稳定化元素较多、含复杂碳化物形成元素较多的钢种，上述工艺具备常规工艺所不具备的优点，即尽量减少了铁素体形成元素和碳化物对残余奥氏体形成过程的影响，保证了在铁素耐热钢中得到一定量的残余奥氏体，工艺简单，目的性强，对提高耐热钢的蠕变寿命，提高焊接接头的强度具有重要意义。

附图说明

图1所示为本发明铁素体耐热钢T91实施例1的热处理工艺曲线及线膨胀随时间变化的曲线；

图2所示为本发明铁素体耐热钢T91实施例1中不同保温时间的XRD图谱；