[发明专利]超超临界钢的晶粒细化方法

说明书

技术领域：

本发明涉及合金含量高、具有明显组织遗传性的超超临界钢晶粒细化方法，使超超临界钢组织均匀，晶粒尺寸在10μm以下，最终获得良好的综合力学性能。

背景技术：

随着全球生态环境的不断恶化和以化石燃料为主的能源资源的日益枯竭，能够显著提高热效率，减少废气排放，从而实现高效、节能、环保的超超临界火力蒸汽发电技术备受关注。国家“十一·五”规划明确提出，今后我国装备制造业的重点之一是百万千瓦级超超临界发电机组的研制。所谓超超临界发电机组是指蒸汽的工作参数——压力与温度，分别提高至30～35MPa，593～600℃或者更高，并具有二次再热的热力循环系统。然而，蒸汽参数的提高，必然对用于制造超超临界发电机组的钢种——超超临界钢，以及其加工工艺提出了严峻的挑战。因此，超超临界机组的研制，关键在于对超超临界钢材料和其加工工艺的研究。

到目前为止，西方发达国家在超超临界钢材料的研发方面做了很多具有建设性意义的工作，并且已经使部分钢种实现了商业化，如含W的10Cr型9-12Cr钢。然而，由于较为复杂的合金成分，较多合金元素的加入，超超临界钢的奥氏体在过冷状态下非常稳定。尽管极为稳定的奥氏体可以显著地增加超超临界钢的淬透性，但当其发生向铁素体转变时，总会使得新形成的铁素体相的组织(板条或片条)与之保持一定的晶体学取向关系，而导致在随后的奥氏体化过程中发生组织遗传。超超临界钢的组织遗传效应，使超超临界钢在加工过程中，组织不均匀和晶粒粗大，最终致使超超临界钢综合性能恶化。

为了解决超超临界钢组织遗传引起的组织不均匀和晶粒粗大的问题，现有的技术通常是采用多次循环往复奥氏体化，通过铁素体/奥氏体之间多次的相互转变，铁素体/奥氏体在母相中多次反复形核来细化晶粒。尽管多次循环往复的奥氏体化，可以增加铁素体/奥氏体在母相中重新形核的位置，可以起到一定的细化作用，可是由于超超临界钢具有较强的组织遗传性，现有技术对超超临界钢的晶粒细化程度有限，如果奥氏体化温度控制不当，还极易产生晶粒不均的混晶现象，导致超超临界钢性能不稳定，严重劣化超超临界钢的材质。此外，从制造周期和生产成本的角度来看，现有技术——多次循环往复奥氏体化工序较长，工艺过程比较复杂，工艺控制难度较大，导致制造成本相对较高。

发明内容：

本发明的目的是提供一种超超临界钢的晶粒细化方法，解决多次循环往复奥氏体化可能产生晶粒不均的混晶现象，导致超超临界钢性能不稳定，严重劣化超超临界钢的材质等问题。这种方法结合钢种成分控制或部分微调和恰当的热处理工艺，通过削弱组织遗传效应，可以显著地细化用于制造发电设备的含合金量高的超超临界钢的晶粒，获得尺寸≤10μm的较细原奥氏体晶粒，从而可以提高超超临界钢的使用性能，尤其是可以显著地提高超超临界钢的冲击韧性。本发明可以明显简化实际生产中超超临界钢大型铸锻件发电设备热处理工艺，降低超超临界钢大型铸锻件发电设备的实际生产难度，并且节省超超临界钢大型铸锻件发电设备的制造成本。

本发明的技术方案为：

一种超超临界钢的晶粒细化方法，首先在冶炼时，对超超临界钢的成分在其成分规范内进行一定的控制或做部分的微调，然后在对超超临界钢进行均匀化退火之后，采用中间退火工艺。详细步骤如下：

1.成分控制或微调：依据超超临界钢的成分规范，对其中的Mn和Nb元素进行控制和微调。把Mn元素的含量提高至质量分数约为0.8～1.2％；与此同时，保证Nb元素的含量接近成分规范的上限，质量分数约0.06～0.08％。

2.热处理工艺参数的控制：超超临界钢进行成形热加工之后，对其进行均匀化退火。均匀化退火温度控制在接近、但不大于微细析出相MX的完全溶解温度，范围为1020～1100℃。接着，对超超临界钢进行中间退火。中间退火温度略高于成分控制或微调之后的超超临界钢的切尔诺夫b点，约为Ac₃+60～150℃。

本发明的物理冶金学分析：