一种高铬马氏体钢的马氏体板条细化方法

摘要

本发明公开一种高铬马氏体钢的马氏体板条细化方法，通过高温处理并施加压应力，以高温预变形引入大量的位错等缺陷，为马氏体板条提供了更多的形核位置，通过提高板条形核率的方式实现了板条细化。

说明书

技术领域

本发明属高铬马氏体钢生产技术领域，特别涉及一种在高温预变形条件下的高铬马氏体钢马氏体板条细化方法。

背景技术

电站电力设备技术向大功率、高参数方向的发展，与电站结构材料的发展密切相关。只有获得具有合格服役性能的结构材料，才能尽可能提高电站运行参数，实现发电效率的提升。长期以来国内外的科研人员一直在进行着电站用结构材料的研制与开发。

高铬马氏体钢作为一种核电及火电站常用的金属结构材料，具有良好的高温力学性能、耐腐蚀性能及抗辐照性能。高铬马氏体钢的正火室温组织是板条马氏体组织(见图1)，因此马氏体板条的形貌特征直接影响到钢的服役性能。已有大量研究表明，钢的力学性能与马氏体板条形貌存在明显相关趋势，板条越细小，其强度和韧性会明显增加。根据组织控制原理，目前主要有如下几种方法可望实现板条细化：(1)根据合金化原理，继续对现有高铬马氏体钢的成分进行微调，通过引入纳米级第二相沉淀实现对马氏体板条的钉扎，阻碍板条界面移动，实现板条细化。(2)通过改变高铬马氏体钢的热处理工艺参数，制订最合适的正火、冷却及回火参数，可有效实现组织细化。此外，控轧控冷等新型工艺的引入也同样可以达到组织调控的目的。(3)开发新的加工制备技术，如ODS(oxide-dispersedsteels，氧化物弥散强化钢)钢制备技术的引入。主要通过热等静压烧结等手段将合金粉末和细小弥散的氧化物颗粒结合成块体来实现，通过控制烧结工艺实现组织细化。其弊端在于：生产成本很高；大尺寸零件制备受限；焊接较为困难。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高铬马氏体钢的马氏体板条细化方法，通过高温预变形引入大量的位错等缺陷，从而为马氏体板条提供了更多的形核位置，通过提高板条形核率的方式实现了板条细化。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：

高铬马氏体钢的化学成分如下，按照重量百分比100wt％计(wt％)，C为0.05-0.08wt％，Si≤0.3wt％，Mn≤0.5wt％，Cr为9.5-10.5wt％，Mo为0.2-0.5wt％，W为1.5-1.8wt％，V为0.2-0.4wt％，Nb为0.05-0.08wt％，N≤0.040wt％，Co为1.2-1.6wt％，Fe为余量。

按照重量百分比100wt％计(wt％)，优选C为0.07wt％，Si为0.2wt％，Mn为0.4wt％，Cr为9.8wt％，Mo为0.3wt％，W为1.7wt％，V为0.3wt％，Nb为0.0,7wt％，N为0.037wt％，Co为1.3wt％，Fe为余量。

一种高铬马氏体钢的马氏体板条细化方法，将样品加热至1100±50℃，保温8—15分钟，优选10—12分钟；随后冷却至高于马氏体相变开始温度Ms之上的温度，对样品施加100—200MPa的压应力，加载时间为80-120秒；随后卸载并冷却至室温20—25摄氏度。

在上述技术方案中，在1100±50℃保温后进行冷却时，冷却至500—700℃。

在进行加热时，选择自室温20—25摄氏度以每分钟2—5摄氏度的速度进行升温。

在进行冷却时，以每分钟2—5摄氏度的速度进行降温。

在上述技术方案中，优选施加150—180MPa的压应力，加载时间为100—120s。

与常规工艺处理后的样品相比，图2为不同加载温度及加载应力的试样的透射电镜照片，图3为经过统计得到的不同试样的马氏体板条平均宽度。据此可以看出，经过高温预变形处理的试样，其板条宽度存在明显下降，而且随着加载温度的降低，以及加载应力的提高，其板条细化的趋势更为明显。以加载应力200MPa、加载温度500℃的试样为例，其马氏体板条宽度相对未经预变形处理的试样下降81％，板条细化效果明显。

附图说明

图1是常规正火工艺(1100℃保温10分钟后空冷)处理后试样的透射电镜照片。

图2是不同加载温度和加载应力试样的透射电镜照片：(a)700℃加载100MPa，(b)700℃加载200MPa，(c)600℃加载100MPa，(d)600℃加载200Pa，(e)500℃加载100MPa，(f)500℃加载200MPa。

图3是采用本发明的方法在不同试样上的马氏体板条平均宽度。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。采用日本电子JEM-100CXII透射电子显微镜进行表征，通过多张透射电镜照片测量得到马氏体板条宽度(Li,Q.(2003).Modeling the microstructure–mechanical property relationship for a12Cr–2W–V–Mo–Ni power plant steel.Materials Science and Engineering:A,361(1),385-391)。

表1本发明实施例采用高铬马氏体钢的化学成分

组分含量(wt.％)C0.07Si0.2Mn0.4Cr9.8Mo0.3W1.7V0.3Nb0.07N0.037Co1.3Fe余量

实施例1：

取表1所示成分的钢材，以3℃/s的速度将试样加热至1100℃，保温10分钟，随后以3℃/s的速度冷却至700℃，对试样施加100MPa的压应力，加载时间为85秒，随后卸载，并以3℃/s的速度冷却至室温。

采用该工艺处理后的试样，马氏体板条平均宽度由0.29μm下降至0.28μm。

实施例2：

取表1所示成分的钢材，以3℃/s的速度将试样加热至1100℃，保温10分钟，随后以3℃/s的速度冷却至700℃，对试样施加200MPa的压应力，加载时间为118秒，随后卸载，并以3℃/s的速度冷却至室温。

采用该工艺处理后的试样，马氏体板条平均宽度由0.29μm下降至0.25μm。

实施例3：

取表1所示成分的钢材，以3℃/s的速度将试样加热至1100℃，保温10分钟，随后以3℃/s的速度冷却至600℃，对试样施加100MPa的压应力，加载时间为80秒，随后卸载，并以3℃/s的速度冷却至室温。

采用该工艺处理后的试样，马氏体板条平均宽度由0.29μm下降至0.24μm。

实施例4：

取表1所示成分的钢材，以3℃/s的速度将试样加热至1100℃，保温10分钟，随后以3℃/s的速度冷却至600℃，对试样施加200MPa的压应力，加载时间为116秒，随后卸载，并以3℃/s的速度冷却至室温。

采用该工艺处理后的试样，马氏体板条平均宽度由0.29μm下降至0.22μm。

实施例5：

取表1所示成分的钢材，以3℃/s的速度将试样加热至1100℃，保温10分钟，随后以3℃/s的速度冷却至500℃，对试样施加100MPa的压应力，加载时间为82秒，随后卸载，并以3℃/s的速度冷却至室温。

采用该工艺处理后的试样，马氏体板条平均宽度由0.29μm下降至0.19μm。

实施例6：

取表1所示成分的钢材，以3℃/s的速度将试样加热至1100℃，保温10分钟，随后以3℃/s的速度冷却至500℃，对试样施加200MPa的压应力，加载时间为120秒，随后卸载，并以3℃/s的速度冷却至室温。

采用该工艺处理后的试样，马氏体板条平均宽度由0.29μm下降至0.16μm。

依照本发明内容进行工艺参数的调整，均可实现马氏体板条细化。以上对本发明做了示例性描述，应该说明的是，在不脱离本发明核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。