专利名称：一种提高炉管材料HP-Nb高温持久力学性能的方法
技术领域：
本发明涉及深冷处理及热处理的技术领域，具体涉及一种提高炉管材料HP-Nb(ZG40Ni35Cr25Nb)高温持久性能的深冷处理方法。
背景技术：
制氢转化炉是高温下烃类蒸汽转化制氢装置中最重要的设备，而炉管则是这些设备的心脏。炉管材料目前普遍选用HP-Nb (ZG40Ni35Cr25Nb)高温合金，该合金是在HK-40及其改良型的基础上研制和开发的高温合金炉管管材，近年来在石油化工工业中得到了广泛的使用。炉管通常采用离心铸造，由于该合金含有较高的C、Cr、Ni等合金元素，微观组织呈铸态组织，可在高温及高压的苛刻工作条件下连续工作。但是，由于石油化工技术的不断发展及使用条件的苛刻，对炉用高温合金材料ZG40Ni35Cr25Nb的各种性能特别是高温性能提出了更高的要求。如何在不改变原有炉管材料成分的基础上，通过改变材料的处理工艺来提高材料的性能特别是高温性能，从而延长材料的服役时间，将是目前材料工作者的主要研究方向。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高炉管材料HP-Nb (ZG40Ni35Cr25Nb)的机械性能特别是高温持久力学性能的方法，采用了深冷处理与低温回火相结合的工艺，具体技术方案如下:
一种提高炉管材料HP-Nb (ZG40Ni35Cr25Nb)高温持久力学性能的方法，包括以下步
骤:`
(1)将ZG40Ni35Cr25Nb材料以2 3°C/min的速率降温至_80°C "-85°C，并保温lh 2h ；
(2)待步骤I保温结束后，继续以2 3°C/min的速率降温至_180°C _185°C，并保温4h 6h ；
(3)待步骤2保温结束后，进行低温回火。进一步地，步骤3中所述低温回火为加热至22(T230°C。再进一步地，加热至22(T230°C后，保温2 3小时。优选地，所述低温回火的升温过程采用2 3°C /min的控温速率。优选地，所述低温回火后随炉冷却。本发明采用了深冷处理与低温回火相结合的工艺处理方法。深冷处理，通常指处理温度为-100°C -196°c的冷处理，它将被处理工件置于特定和可控的低温环境中，使材料的微观组织结构产生变化，在宏观上表现为材料的耐磨性、尺寸稳定性、抗拉强度、残余应力等方面的提高与改善。随着深冷技术的发展和试验手段的不断完善，人们对深冷处理的研究逐步深入，材料除涉及钢铁材料外，现已延伸到硬质合金、粉末冶金、铜合金、铝合金及其它非金属材料(如塑料、尼龙等)，行业遍布于钢铁五金、航空航天、精密仪器仪表、石油化工、摩擦偶件、工模具、量具、纺织机械零件、汽车工业和军事科学等诸多领域。本发明所述的深冷处理与低温回火相结合的工艺，其优势在于降温及升温过程中速率全程可控，工件温度变化均匀，防止了工件不同部位温度不一的现象，减小了工件内部残余应力。HP-Nb (ZG40Ni35Cr25Nb)材料经过本发明的工艺方法处理后，材料的机械性能特别是高温(1000°C，40.8Mpa)持久力学性能较原来有了较大的提高，因此在一定程度上提高了材料在高温下的服役时间，延长了使用寿命。
具体实施例方式以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例1
将ZG40Ni35Cr25Nb离心铸造炉管材料以2V /min的速率降温至_80°C，保温Ih ；
然后继续以2V /min的速率降温至_180°C，保温6h ；
随后将该ZG40Ni35Cr25Nb炉管材料以2V /min的加热速率加热至230°C，保温2h ； 低温回火工艺结束后随炉冷却。对处理后的ZG40Ni35Cr25Nb材料进行室温及高温性能测试，所用测试方法均采用国家标准GB/T228和GB/T4338，测试结果如表I所示。实施例2 将ZG40Ni35Cr25Nb炉管材料(材料同实施例1)以3°C /min的速率降温至_85°C，保温
Ih ；
然后继续以3°C /min的速率降温至_180°C，保温4h ；
随后将该ZG40Ni35Cr25Nb炉管材料以3°C /min的加热速率加热至220°C，保温3h ； 低温回火工艺结束后随炉冷却。对处理后的ZG40Ni35Cr25Nb进行室温及高温持久力学性能测试，所用测试方法均采用国家标准GB/T228和GB/T4338，测试结果如表I所示。实施例3
将ZG40Ni35Cr25Nb炉管材料(材料同实施例1)以2V /min的速率降温至_80°C，保温
2h ；
然后继续以2V /min的速率降温至_185°C，保温4h ；
随后将该ZG40Ni35Cr25Nb炉管材料以2V /min的加热速率加热至230°C，保温2h ； 低温回火工艺结束后随炉冷却。对处理后的ZG40Ni35Cr25Nb进行室温及高温持久性能测试，所用测试方法均采用国家标准GB/T228和GB/T4338，测试结果如表I所示。对比例I
将未经深冷处理及低温回火处理的ZG40Ni35Cr25Nb炉管材料(材料同实施例1)直接进行室温性能及高温持久性能测试，所用测试方法均采用国家标准GB/T228和GB/T4338，测试结果如表I所示。表1、实施例1 3及对比例I的ZG40Ni35Cr25Nb材料性能测试结果
权利要求
1.一种提高炉管材料ZG40Ni35Cr25Nb高温持久性能的方法，包括以下步骤:(1)将ZG40Ni35Cr25Nb材料以2 3°C/min的速率降温至_80°C "-85°C，并保温lh 2h ； (2)待步骤I保温结束后，继续以2 3°C/min的速率降温至_180°C _185°C，并保温4h 6h ； (3)待步骤2保温结束后，进行低温回火。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:所述低温回火为加热至22(T230°C。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于:加热至22(T230°C后，保温2 3小时。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于:所述低温回火的升温过程采用2 3°C/min的控温速率。
5.根据权利要 求1所述的方法，其特征在于:所述低温回火后随炉冷却。
全文摘要
本发明公开一种提高炉管材料ZG40Ni35Cr25Nb(HP-Nb)高温持久性能的方法，首先将ZG40Ni35Cr25Nb炉管材料以2~3℃/min的速率降温至-80℃~-85℃，保温1h~2h，保温结束后继续降温至-180℃~-185℃，保温4h~6h；保温结束后再以2~3℃/min的速率升温至220℃~230℃，保温2h~3h，然后随炉降温，工艺结束。ZG40Ni35Cr25Nb材料经过本发明的方法处理后，材料的室温及高温(1000℃)下的持久性能都比未经过深冷及低温回火处理的材料要高，因此本方法具有较大的工业应用前景。
文档编号C21D6/04GK103114183SQ20131005407
公开日2013年5月22日 申请日期2013年2月20日 优先权日2013年2月20日
发明者张红, 李勤峰, 王俊杰, 薛小代, 周远, 夏浩 申请人:中国科学院理化技术研究所, 江苏双勤民生冶化设备制造有限公司