一种改善1Cr12Ni3Mo2VN叶片钢晶粒度的热处理方法

摘要

本发明涉及一种改善1Cr12Ni3Mo2VN叶片钢晶粒度的热处理方法，所述方法为：将1Cr12Ni3Mo2VN叶片钢升温至亚温并进行保温1.5‑2.5h，所述亚温低于其淬火温度40‑70℃；保温结束后，升温至叶片钢淬火温度并进行保温0‑30min，保温结束后冷却。本发明在对1Cr12Ni3Mo2VN叶片钢淬火处理前增加了亚温状态下长时保温的步骤，进而大大缩短了高温淬火的保温时间，达到了改善叶片钢晶粒度的目的，有效提高了1Cr12Ni3Mo2VN叶片钢晶粒度的合格率，其晶粒度可达5级及以上，具有良好的应用前景。

说明书

技术领域

本发明属于透平叶片的热处理工艺领域，具体涉及马氏体不锈钢透平叶片的热处理工艺领域，尤其涉及一种改善1Cr12Ni3Mo2VN叶片钢晶粒度的热处理方法。

背景技术

透平叶片是透平机械(如汽轮机、燃气轮机、水轮机等)中用以引导流体按一定方向流动，并推动转子旋转的重要部件。装在壳体上的叶片称静叶片或导叶，装在转子上的叶片称为动叶片。1Cr12Ni3Mo2VN是含铬、镍、钼、钒、氮的马氏体不锈耐热钢，具有良好的韧性和较高的强度，并有好的耐蚀性，常用做超临界机组叶片。

1Cr12Ni3Mo2VN叶片钢的晶粒度粗大是热加工过程中经常遇到的问题，1Cr12Ni3Mo2VN叶片钢晶粒度一般要求4级以上，一直是透平叶片研究的热点和难点。

在透平叶片的热加工过程中，由于叶片的叶根厚度比叶身大3倍以上，叶根表面淬火完成后，其心部仍未达到淬火温度，因此必须增加淬火时间以使叶根的心部得到充分加热。但淬火的时间过长，钢中晶粒长大明显，使其晶粒度小于4级，难以满足要求。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种改善1Cr12Ni3Mo2VN叶片钢晶粒度的热处理方法，提高了1Cr12Ni3Mo2VN叶片钢晶粒度的合格率，使其晶粒度达到5级及以上，具有良好的应用前景。

为达到此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种改善1Cr12Ni3Mo2VN叶片钢晶粒度的热处理方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将1Cr12Ni3Mo2VN叶片钢升温至亚温并进行保温1.5-2.5h，所述亚温低于其淬火温度40-70℃；

(2)步骤(1)保温结束后，升温至叶片钢淬火温度并进行保温0-30min，保温结束后冷却。

本发明在对1Cr12Ni3Mo2VN透平叶片淬火处理前，先将其加热至亚温状态(低于其淬火温度40-70℃)进行长时间保温，使叶根的心部在淬火前得到充分加热，进而缩短了高温淬火的保温时间，大大的改善叶片的晶粒度。

根据本发明，步骤(1)所述亚温低于其淬火温度40-70℃，例如可以是40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃或70℃，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。

步骤(1)所述亚温(保温的温度)是本发明的关键，当所述亚温过低时(淬火温度-亚温＞70℃)，淬火过程中仍然需要较长的保温时间，难以达到改善晶粒度的目的。当所述亚温过高时(淬火温度-亚温＜40℃)，亚温已经接近淬火温度，此时晶粒仍然处在易长大的温度范围内，保温过程中晶粒度增加，同样难以改善叶片的晶粒度。

作为优选的技术方案，本发明步骤(1)所述亚温低于其淬火温度60℃，该温度下，经过热处理后的叶片的晶粒度最佳。

根据本发明，步骤(1)所述在亚温下保温的时间为1.5-2.5h，例如可以是1.5h、1.6h、1.7h、1.8h、1.9h、2.0h、2.1h、2.2h、2.3h、2.4h或2.5h，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。

上述亚温下保温的时间也是本发明的关键之一，当步骤(1)中保温时间过短时(＜1.5h)，叶根的心部不能得到充分加热，后续淬火时仍然需要增加保温时间，叶片的晶粒度难以满足要求。当步骤(1)中保温时间过长时(＞2.5h)，增加了能耗，不利于成本控制。

根据本发明，步骤(1)所述亚温为950-990℃，例如可以是950℃、955℃、960℃、965℃、970℃、975℃、980℃、985℃或990℃，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。

根据本发明，步骤(2)所述升温的速率为0.3-1℃/min，例如可以是0.3℃/min、0.4℃/min、0.5℃/min、0.6℃/min、0.7℃/min、0.8℃/min、0.9℃/min或1℃/min，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。

当步骤(2)中升温过慢时(＜0.3℃/min)，会导致叶片中晶粒长大或部分相长大；升温速率过快(＞1℃/min)，则会影响叶片的力学性能。

作为优选的技术方案，步骤(2)所述升温的速率为0.3-0.5℃/min，该升温速率下所得叶片综合性能最佳。

根据本发明，步骤(1)和步骤(2)所述淬火温度为1010-1050℃，例如可以是1010℃、1015℃、1020℃、1025℃、1030℃、1035℃、1040℃、1045℃或1050℃，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。

根据本发明，步骤(2)所述淬火温度下保温的时间为0-30min，例如可以是0min、5min、10min、15min、20min、25min或30min，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。

当保温时间过长时(＞30min)，钢中的晶粒长大，增加了叶片钢的晶粒度。当保温时间为0min时，即不进行保温，此时由亚温升温至淬火温度的温度区间较大，且升温速率较慢(例如亚温为980℃、淬火温度为1050℃、升温速率为0.3℃/min时)，在升温过程中淬火基本上已经完成，因此不需要再进行保温。

根据本发明，步骤(2)所述冷却的方式为油冷或风冷。

作为优选的技术方案，本发明所述改善1Cr12Ni3Mo2VN叶片钢晶粒度的热处理方法包括以下步骤：

(1)将1Cr12Ni3Mo2VN叶片钢升温至950-990℃并进行保温1.5-2.5h，所述保温的温度低于其淬火温度40-70℃；

(2)步骤(1)保温结束后，以0.3-0.5℃/min的速率升温至1010-1050℃并进行保温0-30min，保温结束后出炉油冷或风冷。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明在对1Cr12Ni3Mo2VN叶片钢淬火处理前增加了亚温状态下长时保温的步骤，进而大大缩短了高温淬火的保温时间，达到了改善叶片钢晶粒度的目的，有效提高了1Cr12Ni3Mo2VN叶片钢晶粒度的合格率，其晶粒度可达5级及以上。

具体实施方式

为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

实施例1

本实施例提供了一种改善1Cr12Ni3Mo2VN叶片钢晶粒度的热处理方法，所述方法为：

(1)将1Cr12Ni3Mo2VN叶片钢均匀放于通用的淬火料筐内，再将所述淬火料筐放入淬火炉内，随炉升温至950℃并进行保温2.5h；

(2)步骤(1)保温结束后，以0.4℃/min的速率升温至1010℃并进行保温30min，保温结束后出炉油冷。

实施例2

本实施例提供了一种改善1Cr12Ni3Mo2VN叶片钢晶粒度的热处理方法，所述方法为：

(1)将1Cr12Ni3Mo2VN叶片钢均匀放于通用的淬火料筐内，再将所述淬火料筐放入淬火炉内，随炉升温至970℃并进行保温2.5h；

(2)步骤(1)保温结束后，以0.5℃/min的速率升温至1030℃并进行保温20min，保温结束后出炉油冷。

实施例3

本实施例提供了一种改善1Cr12Ni3Mo2VN叶片钢晶粒度的热处理方法，所述方法为：

(1)将1Cr12Ni3Mo2VN叶片钢均匀放于通用的淬火料筐内，再将所述淬火料筐放入淬火炉内，随炉升温至980℃并进行保温1.5h；

(2)步骤(1)保温结束后，以0.3℃/min的速率升温至1050℃，升温结束后直接出炉风冷。

实施例4

本实施例提供了一种改善1Cr12Ni3Mo2VN叶片钢晶粒度的热处理方法，所述方法为：

(1)将1Cr12Ni3Mo2VN叶片钢均匀放于通用的淬火料筐内，再将所述淬火料筐放入淬火炉内，随炉升温至990℃并进行保温1.5h；

(2)步骤(1)保温结束后，以0.8℃/min的速率升温至1030℃并进行保温15min，保温结束后出炉油冷。

实施例5

本实施例提供了一种改善1Cr12Ni3Mo2VN叶片钢晶粒度的热处理方法，所述方法为：

(1)将1Cr12Ni3Mo2VN叶片钢均匀放于通用的淬火料筐内，再将所述淬火料筐放入淬火炉内，随炉升温至975℃并进行保温2h；

(2)步骤(1)保温结束后，以0.4℃/min的速率升温至1025℃并进行保温10min，保温结束后出炉风冷。

实施例6

本实施例提供了一种改善1Cr12Ni3Mo2VN叶片钢晶粒度的热处理方法，所述方法为：

(1)将1Cr12Ni3Mo2VN叶片钢均匀放于通用的淬火料筐内，再将所述淬火料筐放入淬火炉内，随炉升温至960℃并进行保温2h；

(2)步骤(1)保温结束后，以0.5℃/min的速率升温至1020℃并进行保温25min，保温结束后出炉油冷。

对比例1

将1Cr12Ni3Mo2VN叶片钢均匀放于通用的淬火料筐内，再将所述淬火料筐放入淬火炉内，随炉升温至1010℃并进行保温2h。

对比例2

(1)将1Cr12Ni3Mo2VN叶片钢均匀放于通用的淬火料筐内，再将所述淬火料筐放入淬火炉内，随炉升温至950℃并进行保温2.5h；

(2)步骤(1)保温结束后，以0.4℃/min的速率升温至1050℃并进行保温20min，保温结束后出炉油冷。

对比例3

(1)将1Cr12Ni3Mo2VN叶片钢均匀放于通用的淬火料筐内，再将所述淬火料筐放入淬火炉内，随炉升温至990℃并进行保温1.5h；

(2)步骤(1)保温结束后，以0.4℃/min的速率升温至1010℃并进行保温30min，保温结束后出炉油冷。

对比例4

与实施例1相比，除了步骤(2)中将升温速率调整为0.2℃/min外，其他步骤和条件与实施例1完全相同。

对比例5

与实施例1相比，除了步骤(2)中将保温时间调整为50min外，其他步骤和条件与实施例1完全相同。

对比例6

(1)将1Cr12Ni3Mo2VN叶片钢均匀放于通用的淬火料筐内，再将所述淬火料筐放入淬火炉内，随炉升温至970℃并进行保温1h；

(2)步骤(1)保温结束后，以0.5℃/min的速率升温至1030℃并进行保温150min，保温结束后出炉油冷。

性能测试

测试各实施例及对比例得到的1Cr12Ni3Mo2VN叶片钢的晶粒度，按照ASTM E112中提供的方法进行测试，所得结果如表1所示。

表1

由实施例1-6可知，经过本发明提供的方法对1Cr12Ni3Mo2VN叶片钢进行热处理后，其晶粒度均达到5级及以上，最高可达6级，达到了改善叶片钢晶粒度的目的，有效提高了1Cr12Ni3Mo2VN叶片钢晶粒度的合格率。

由对比例1可知，对1Cr12Ni3Mo2VN叶片钢直接进行淬火时，其晶粒度只有3.5级，难以满足要求。对比例2和3中，淬火温度和亚温的差值分别过高(100℃)或过低(20℃)，此时晶粒度虽然得到了一定改善，但只有4-4.5级，仍有进步的空间。对比例4中降低了淬火时的升温速率，升温过慢导致晶粒长大或部分相长大，使得晶粒度小于5级。对比例5中增加了淬火的保温时间，晶粒长大明显，晶粒度只有4级。对比例6降低了亚温的保温时间，增加了淬火的保温时间，结果其晶粒度只有3.5级，难以满足要求。

综上可知，本发明通过在对1Cr12Ni3Mo2VN叶片钢淬火处理前增加了亚温状态下长时保温的步骤，并严格控制热处理的工艺参数，达到了改善叶片钢晶粒度的目的，其晶粒度可达5级及以上，具有更好的应用前景。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。