一种提高新型马氏体耐热钢G115冲击韧性的热处理方法及应用与流程

本发明涉及耐热钢技术领域，具体涉及一种提高新型马氏体耐热钢g115冲击韧性的热处理方法及应用，适用于600℃以上超超临界电站用大口径管、锻件和铸件等的热处理。

背景技术：

燃煤发电无论现在还是未来一段时期内都是电源结构重要组成部分。伴随着煤电转型升级，大容量、高效率、低排放、低能耗的高蒸汽参数超超临界电站将会成为未来新建和改造火电机组的发展方向。另一方面，目前，我国已经成为世界上投运600℃超超临界电站装机数量和总容量最多的国家，630-700℃超超临界燃煤发电技术是煤电清洁高效技术的未来方向。而耐热材料一直以来是制约煤电机组向更高参数发展的“瓶颈”问题，随着蒸汽温度和蒸汽压力的提高，超超临界火电机组对耐热材料的性能提出了更高的要求。

我国自主研制的新型马氏体耐热钢g115，如公告号为cn103045962b的中国发明专利，在“多元素复合强化”理论指导下，通过添加沉淀析出型元素cu以进一步提高发明钢的强度，充分发挥b冶金强化作用以进一步提高发明钢高温下晶界的强度和韧性，同时控ni控al，控制b和n元素之间的配比。该材料是我国630℃超超临界燃煤示范机组主蒸汽管道唯一可选用材料，被工信部入选为《重点新材料首批次应用示范指导目录(2018年版本)》。在热处理工艺方面，高压锅炉用无缝钢管一般采用正火加高温回火工艺(详见gb5310)。g115钢在工业化试制过程中，采用一般的淬火加高温回火工艺冲击韧性值范围为20-50j左右，冲击功不稳定且安全余量小，难以满足高压锅炉容器产品长期稳定服役的要求。因此，提高g115钢冲击韧性，以获得g115钢良好的综合性能具有非常重要的工程意义。

公开号为cn108998650a的中国专利文献，通过调整变形温度提高g115大口径管的冲击韧性；文献“正火温度对g115钢组织及室温强度的影响”研究了g115钢1065～1120℃正火温度对组织及室温强度的影响。

公开号为cn101805819b的中国专利文献“一种压力容器用厚规格钢板的调质处理方法”采用二次调质处理获得厚规格钢板的良好的强度和延伸率匹配。

公开号为cn103074482b的中国专利文献“一种报废cr5锻钢工作辊的再生方法”的二次调质工艺应用于报废cr5锻钢工作辊的再生方法。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种提高新型马氏体耐热钢g115冲击韧性的热处理方法，其可以使g115钢冲击功从传统工艺的20-50j提高至120j以上，同时室温拉伸强度提高50-80mpa，650℃高温拉伸强度提高20-40mpa。

其所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实施。

一种提高新型马氏体耐热钢g115冲击韧性的热处理方法，包括如下步骤：

(1)第一次调质：

将马氏体耐热钢g115在400～700℃温度范围进行装炉，以≤100℃/h的加热速度升温至1000～1150℃保温，保温时间按不少于2min/mm厚度计算，冷却至室温；

对完成上述步骤的马氏体耐热钢g115进行回火，对完成上述步骤的马氏体耐热钢g115进行回火，在400～700℃温度范围进行装炉，以≤100℃/h的加热速度升温至760～780℃进行保温，保温时间按不少于1min/mm厚度计算，空冷至室温；

(2)第二次调质：

对完成上述第一次调质的马氏体耐热钢g115进行第二次调质，调质条件如下：

1030℃～1100℃，保温时间≥1h，水冷或空冷至室温；回火温度760℃～795℃，保温时间≥3h，空冷至室温。

作为本技术方案的进一步改进，第一次调质的淬火(或正火)温度应控制在ac3+100～150℃。

近光上述处理后，可以使g115钢冲击功从传统工艺的20-50j提高至120j以上，同时室温拉伸强度提高50-80mpa，650℃高温拉伸强度提高20-40mpa。

本发明所要解决的另一技术问题，在于提供一种上述热处理方法用于600℃以上超超临界电站所用的大口径管、锻件或铸件热处理中的应用。

按上述采用二次调质工艺的g115钢力学性能可达到：

(1)室温冲击功≥120j；

(2)室温拉伸性能：rp0.2≥580mpa，rm≥720mpa；

(3)650℃高温拉伸性能：rp0.2≥300mpa，rm≥350mpa。

附图说明

图1示出了本发明实施例1采用二次调质工艺后的金相组织。

图2示出了本发明实施例2采用二次调质工艺后的金相组织。

图3示出了本发明实施例3采用二次调质工艺后的金相组织。

图4示出了对比例采用传统工艺后的金相组织。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细说明。

本发明提供了一种采用二次调质工艺(即两次调质)提高新型马氏体耐热钢g115冲击韧性的热处理方法，实现在高压锅炉用材料领域采用二次调质热处理获得良好的冲击韧性、强度等综合性能。

g115钢一般采用40吨eaf+lf+vd工艺冶炼，浇注为钢锭，再锻造为φ500-φ900棒材、热挤压为大口径管，最后进行调质热处理。本发明对g115棒材或大口径管按下述方法进行热处理。

(1)第一次调质：

将马氏体耐热钢g115在400～700℃温度范围进行装炉，以≤100℃/h的加热速度升温至1000～1150℃保温，保温时间按不少于2min/mm厚度计算，空冷至室温；

对完成上述步骤的马氏体耐热钢g115进行回火，对完成上述步骤的马氏体耐热钢g115进行回火，在400～700℃温度范围进行装炉，以≤100℃/h的加热速度升温至760～780℃进行保温，保温时间按不少于1min/mm厚度计算，空冷至室温；

(2)第二次调质：

对完成上述第一次调质的马氏体耐热钢g115进行第二次调质，调质条件如下：

1030℃～1100℃，保温时间≥1h，水冷至室温；回火温度760℃～795℃，保温时间≥3h，，空冷至室温。

其中第二次调质制度为g115传统热处理工艺。本发明在传统工艺基础上开发了二次调质工艺，即采用两次调质，其冶金学原理如下：

其中第一次调质的淬火(或正火)温度应控制在ac3+100～150℃，使得析出相充分溶解、合金元素充分均匀化进而大幅提升组织均匀性性，第一次回火处理可以析出大量细小而均匀碳化物，能够为第二次调质奥氏体化过程提供更多的形核位置，并能够在奥氏体长大的过程中，钉扎晶界，阻碍奥氏体晶粒的长大。因此，第一次调质处理从材料显微组织上为第二次调质处理做了良好铺垫，使得二次调质组织晶粒进一步细化，从而冲击韧性大幅提升。

本发明实施例新型马氏体耐热钢(g115)采用40吨eaf+lf+vd工艺冶炼，浇注为钢锭，再进行大锻件和大口径管制造，最后进行调质热处理。实施例1和2为g115大锻件，规格为φ600mm；实施例3为g115大口径管，规格为φ530×115mm；对比例为采用传统调质工艺的g115大锻件，规格为φ600mm。

以下为具体的实施例。

实施例1：

第一次调质：装炉温度设定为650℃，将g115规格为φ600mm锻件进行装炉，再以100℃/h加热至1140℃，保温3小时，出炉后空冷至室温；之后进行回火，回火装炉温度设定为500℃，以100℃/h加热至780℃，保温5小时，出炉空冷。

对上述完成了第一次调质的g115锻件进行下述第二次调质。

第二次调质：按传统工艺进行淬+回火处理，即以100℃/h加热至1050℃保温1小时，出炉后水淬至室温；再进行回火处理，装炉温度500℃，快速加热至780℃，保温3小时，出炉空冷。

实施例2：

第一次调质：装炉温度设定为600℃，将g115规格为φ600mm锻件进行装炉，以90℃/h加热至1100℃，保温5小时，出炉后空冷至室温；再进行回火，回火装炉温度500℃，以100℃/h加热至780℃，保温5小时，出炉空冷。

对上述完成了第一次调质的g115锻件进行下述第二次调质。

第二次调质：按传统工艺进行淬火+回火处理，即以100℃/h加热至1050℃保温1小时，出炉后水淬至室温；再进行回火处理，装炉温度500℃，快速加热至780℃，保温5小时，出炉空冷。

实施例3：

第一次调质：装炉温度设定为600℃，将g115规格为φ530×115mm大口径管进行装炉，以100℃/h加热至1400℃，保温2小时，出炉后空冷至室温；再进行回火，回火装炉温度500℃，以100℃/h加热至780℃，保温5小时，出炉空冷。

对上述完成了第一次调质的g115锻件进行下述第二次调质。

第二次调质：按传统工艺进行淬火+回火处理，即以100℃/h加热至1050℃保温1小时，出炉后水淬至室温；再进行回火处理，装炉温度500℃，快速加热至780℃，保温3小时，出炉空冷。

对比例：

按传统工艺实施：装炉温度650℃，以100℃/h加热至1050℃保温1小时，出炉后水淬至室温；再将锻件进行回火处理，装炉温度500℃，快速加热至780℃，保温3小时，出炉空冷。

下表1示出了本发明实施例与对比例的热处理工艺技术和性能对比。可以看出，采用二次调质工艺使g115钢冲击功从传统工艺的20-50j提高至120j以上，同时室温拉伸强度提高50-80mpa，650℃高温拉伸强度提高20-40mpa。

对比观察图1-4，可发现采用二次调工艺质后，g115钢晶粒细化显著，析出相更加弥散分布，推测这应该是二次调质后性能大幅提升的原因。

表1：实施例与对比例热处理工艺和力学性能