1C*MoNiW1VNbN耐熱鋼1C*MoNiW1VNbN葉片鋼1C*MoNiW1VNbN汽輪機(jī)用鋼

本發(fā)明涉及一種納米析出相強(qiáng)化型1CMoNiW1VNbN耐熱鋼的熱處理新方法。 背景技術(shù)： 為提高能源設(shè)備的生產(chǎn)效率并延長(zhǎng)其服役壽命，高溫強(qiáng)度始終是耐熱合金鋼開發(fā)與研究的聚焦核心和課題。我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展與資源環(huán)境約束的矛盾日益凸顯，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變對(duì)節(jié)能減排的要求日益迫切，發(fā)展超高參數(shù)超超臨界發(fā)電技術(shù)的重要性日益凸顯，電站設(shè)備制造企業(yè)要求盡快開發(fā)出能夠滿足要求且實(shí)用性強(qiáng)的新型材料。 高溫螺栓是汽輪機(jī)組內(nèi)的關(guān)鍵緊固構(gòu)件，也是汽輪機(jī)組內(nèi)的薄弱環(huán)節(jié)之一，通常選用1CMoNiW1VNbN鋼制造，因此進(jìn)一步提高材料的綜合力學(xué)性能是一個(gè)迫切需要解決的問題。1CMoNiW1VNbN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(qiáng)化相。其中，MC相尺寸較小，在服役溫度下不易長(zhǎng)大，可長(zhǎng)時(shí)間保持強(qiáng)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(qiáng)化效果有限，鋼中碳化物較為粗大且大多沿晶界或亞晶界析出。圖1為1CMoNiW1VNbN鋼按照傳統(tǒng)調(diào)質(zhì)熱處理工藝(淬火后高溫回火) 處理后獲得的顯微組織照片。可見，在傳統(tǒng)熱處理工藝下，鋼中碳化物較為粗大且大多沿晶界或亞晶界析出。 申請(qǐng)?zhí)枮閆L02801301.8的文件公開了鐵素體系耐熱鋼及其制造方法，通過減少碳含量到0.01％以下，添加鈷元素確保淬透性，同時(shí)添加氮元素和MX (X表示碳、氮元素)相生成元素，實(shí)現(xiàn)了在晶界和晶內(nèi)的界面上析出MX型強(qiáng)化相，提高了材料高溫蠕變強(qiáng)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(qiáng)化效果有限。文獻(xiàn)[R.L.Klueh，et al.Development of new nano-particle-strengthened martensitic steels.Scripta Materialia，53(2005)， 275-280]采用熱機(jī)械處理的方法，在貝氏體板條內(nèi)獲得了大量彌散分布的MX型納米析出相，但由于存在變形組織而使材料出現(xiàn)各向異性。文獻(xiàn)[F.S.Yin，etal. Microstructure and creep rupture characteristics of an ultra-low carbon ferritic/martensitic heat-resistant steel.Scripta Materialia，57(2007)，469-472]盡管通過調(diào)整耐熱鋼的化學(xué)成分和熱加工工藝在材料基體內(nèi)也獲得了高密度的MX型納米析出相，但由于獲得的MX型納米析出相不穩(wěn)定，材料的高溫力學(xué)性能也并未獲得提高。 技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素： 本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種1CMoNiW1VNbN 鋼的熱處理方法，以解決上述問題。 本發(fā)明所解決的技術(shù)問題可以采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種 1CMoNiW1VNbN鋼的熱處理新方法，包括： 1)材料制備：按1CMoNiW1VNbN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，然后等待熱處理； 2)材料熱處理：a.行高溫淬火處理，b.接著進(jìn)行2次回火處理。 進(jìn)一步的，所述高溫淬火處理的具體工藝為：在1000℃～1250℃保溫0.5h ～3h，水冷或油冷。 進(jìn)一步的，所述2次回火處理的具體工藝為：先加熱至550℃～650℃保溫 1～5h后空冷，然后再加熱至650℃～750℃保溫0.5h～5h后空冷。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下： 本發(fā)明采用“高溫淬火一次+回火2次”的熱處理工藝方案，不僅可以獲得理想的顯微組織結(jié)構(gòu)，還可以避免形成粗晶，可以有效提高材料的綜合力學(xué)性能。 具體實(shí)施方式 為使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實(shí)施方式，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。 參見圖2和圖3，本發(fā)明所述的材料制備：按1CMoNiW1VNbN鋼的化學(xué)成分要求，包括材料制備和材料熱處理。材料制備是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，然后等待熱處理。 材料熱處理：a.行高溫淬火處理，具體工藝為：在1000℃～1250℃保溫 0.5h～3h，水冷或油冷。b.接著進(jìn)行2次回火處理，具體工藝為：先加熱至 550℃～650℃保溫1～5h后空冷，然后再加熱至650℃～750℃保溫0.5h～5h后空冷。 在1000-1250℃保溫0.5h～3h后進(jìn)行高溫淬火處理。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，軋態(tài)或鍛態(tài)原始組織中的粗大一次MC相溶解不充分。 2次回火處理的目的是在鋼中獲得彌散、均勻分布的高密度MC型納米析出相。晶界、貝氏體板條界及板條內(nèi)的位錯(cuò)是MC型碳化物析出的形核位置。如果只進(jìn)行一次回火處理且溫度高于750℃，由于板條內(nèi)的位錯(cuò)回復(fù)速度很快，會(huì)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。如果只是在較低的溫度范圍550℃～650℃回火，雖然可以在板條內(nèi)獲得高密度的MC型納米析出相，但鋼的強(qiáng)度較高而塑性或韌性卻較低。此外，在較低溫度回火后基體內(nèi)仍會(huì)保留高密度的位錯(cuò)，在長(zhǎng)期高溫服役過程中，顯微組織的回復(fù)速度很快，加速材料高溫強(qiáng)度的退化。本發(fā)明回火處理2次，先加熱至550℃～650℃保溫1h～5h后空冷，然后再加熱至650℃～750℃保溫0.5h～5h 后空冷，則即可保證在貝氏體板條內(nèi)獲得細(xì)小、彌散的MC型納米析出相，又能降低基體內(nèi)的位錯(cuò)密度，提高材料的韌性并延緩高溫強(qiáng)度的退化。此外，低溫回火之后空冷，還可減少顯微組織中殘余奧氏體的含量，進(jìn)一步提高材料的高溫強(qiáng)度。 1CMoNiW1VNbN鋼通常采用調(diào)質(zhì)(在約1030℃淬火后700℃高溫回火) 工藝進(jìn)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。該方法要么會(huì)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。 圖3為1CMoNiW1VNbN鋼按照本發(fā)明申報(bào)的工藝方案熱處理后的顯微組織照片?？梢?，在材料基體中分布著大量細(xì)小、彌散的MC型納米析出相。本發(fā)明在鋼的基體內(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、然后再經(jīng)過2次回火處理。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，預(yù)期將為提高材料的力學(xué)性能提供重要借鑒。本發(fā)明技術(shù)方案采用“高溫淬火一次+回火2次”的熱處理工藝方案，不僅可以獲得理想的顯微組織結(jié)構(gòu)，還可以避免形成粗晶，因此預(yù)期可以有效提高材料的綜合力學(xué)性能。 以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。 附圖說明 圖1為傳統(tǒng)調(diào)質(zhì)熱處理工藝下1CMoNiW1VNbN鋼的顯微組織照片圖。 圖2為1CMoNiW1VNbN鋼的化學(xué)成分圖。 圖3為本發(fā)明工藝下1CMoNiW1VNbN鋼的顯微組織照片圖。 具體實(shí)施方式 為使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實(shí)施方式，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。 參見圖2和圖3，本發(fā)明所述的材料制備：按1CMoNiW1VNbN鋼的化學(xué)成分要求，包括材料制備和材料熱處理。材料制備是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，然后等待熱處理。 材料熱處理：a.行高溫淬火處理，具體工藝為：在1000℃～1250℃保溫0.5h～3h，水冷或油冷。b.接著進(jìn)行2次回火處理，具體工藝為：先加熱至 550℃～650℃保溫1～5h后空冷，然后再加熱至650℃～750℃保溫0.5h～5h后空冷。 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，軋態(tài)或鍛態(tài)原始組織中的粗大一次MC相溶解不充分。 2次回火處理的目的是在鋼中獲得彌散、均勻分布的高密度MC型納米析出相。晶界、貝氏體板條界及板條內(nèi)的位錯(cuò)是MC型碳化物析出的形核位置。如果只進(jìn)行一次回火處理且溫度高于750℃，由于板條內(nèi)的位錯(cuò)回復(fù)速度很快，會(huì)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。如果只是在較低的溫度范圍550℃～650℃回火，雖然可以在板條內(nèi)獲得高密度的MC型納米析出相，但鋼的強(qiáng)度較高而塑性或韌性卻較低。此外，在較低溫度回火后基體內(nèi)仍會(huì)保留高密度的位錯(cuò)，在長(zhǎng)期高溫服役過程中，顯微組織的回復(fù)速度很快，加速材料高溫強(qiáng)度的退化。本發(fā)明回火處理2次，先加熱至550℃～650℃保溫1h～5h后空冷，然后再加熱至650℃～750℃保溫0.5h～5h 后空冷，則即可保證在貝氏體板條內(nèi)獲得細(xì)小、彌散的MC型納米析出相，又能降低基體內(nèi)的位錯(cuò)密度，提高材料的韌性并延緩高溫強(qiáng)度的退化。此外，低溫回火之后空冷，還可減少顯微組織中殘余奧氏體的含量，進(jìn)一步提高材料的高溫強(qiáng)度。 1CMoNiW1VNbN鋼通常采用調(diào)質(zhì)(在約1030℃淬火后700℃高溫回火) 藝進(jìn)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。該方法要么會(huì)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。 圖3為1CMoNiW1VNbN鋼按照本發(fā)明申報(bào)的工藝方案熱處理后的顯微組照片?？梢?，在材料基體中分布著大量細(xì)小、彌散的MC型納米析出相。本發(fā)明在鋼的基體內(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、然后再經(jīng)過2次回火處理。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，預(yù)期將為提高材料的力學(xué)性能提供重要借鑒。本發(fā)明技術(shù)方案采用“高溫淬火一次+回火2次”的熱處理工藝方案，不僅可以獲得理想的顯微組織結(jié)構(gòu)，還可以避免形成粗晶，因此預(yù)期可以有效提高材料的綜合力學(xué)性能。 以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。 1CMoNiW1VNbN Φ4*長(zhǎng)|3*2000*6000 鋼板、圓鋼、鋼管 重鋼軋制 、寶鋼軋制、太鋼軋制 +淬火+回火 1CMoNiW1VNbN Φ6*長(zhǎng)|5*2000*6000 鋼板、圓鋼、鋼管 重鋼軋制 、寶鋼軋制、太鋼軋制 +淬火+回火 1CMoNiW1VNbN Φ8*長(zhǎng)|6*2000*6000 鋼板、圓鋼、鋼管 重鋼軋制 、寶鋼軋制、太鋼軋制 +淬火+回火 1CMoNiW1VNbN Φ10*長(zhǎng)|8*2000*6000 鋼板、圓鋼、鋼管 重鋼軋制 、寶鋼軋制、太鋼軋制 +淬火+回火 1CMoNiW1VNbN Φ12*長(zhǎng)| 鋼板、圓鋼、鋼管 重鋼軋制 、寶鋼軋制、太鋼軋制 +淬火+回火 1CMoNiW1VNbN Φ15*長(zhǎng)| 鋼板、圓鋼、鋼管 重鋼軋制 、寶鋼軋制、太鋼軋制 +淬火+回火 1CMoNiW1VNbN Φ20*長(zhǎng)| 鋼板、圓鋼、鋼管 重鋼軋制 、寶鋼軋制、太鋼軋制 +淬火+回火 1CMoNiW1VNbN Φ22*長(zhǎng)| 鋼板、圓鋼、鋼管 重鋼軋制 、寶鋼軋制、太鋼軋制 +淬火+回火 1CMoNiW1VNbN Φ28*長(zhǎng)|20*2000*6000 鋼板、圓鋼、鋼管 重鋼軋制 、寶鋼軋制、太鋼軋制 +淬火+回火 深州撫順1CMoNiW1VNbN葉片鋼均望特鋼