[发明专利]一种改善马氏体耐热钢回火脆性的热处理工艺

说明书

本发明公开了一种改善马氏体耐热钢回火脆性的热处理工艺，通过回火工艺控制碳化物析出，无需繁琐复杂的工艺调整，即可使马氏体耐热钢强韧性提高，避免其回火脆性。马氏体耐热钢强韧性得以提高，回火脆性得以改善或修复的主要原因为：(1)M23C6碳化物稳定化；(2)马氏体板条进一步回复；(3)MX、M2X、M7C3及M6C等碳氮化物的弥散析出强化作用。在三方面共同作用下，抑制裂纹成核、生长及扩展，最终使得马氏体耐热钢的强韧性得到提高。该工艺成本低、效率高，效益明显，还可实现废料再利用之目的。

技术领域

本发明属于耐热钢技术领域，涉及一种改善马氏体耐热钢回火脆性的热处理工艺。

背景技术

马氏体耐热钢通常含有9～14％的Cr元素，为进一步提高其强韧性和高温持久性能，在此基础上添加少量Ni、Mo、Mn、Si、V、Nb、W等合金元素，形成马氏体耐热钢系列。其中，应用最广泛的为Cr12Ni系列马氏体耐热钢，该钢种淬火后硬度较高，实施不同回火工艺，具有不同强韧性组合；主要用于电站锅炉领域，如蒸汽轮机叶片、转子、蒸汽锅炉本体、阀门、再热体、高温蒸汽管道、气缸等高温工作部件，具有较好的高温持久强度和耐腐蚀性。

Cr12Ni系列马氏体耐热钢由于合金元素种类较多，通过淬回火工艺，可使不同类型的碳氮化合物由基体中析出。当碳氮化合物以弥散状分布于马氏体基体时，可显著增强马氏体耐热钢的强韧性。然而，当回火工艺控制不当，在马氏体板条界面或原奥氏体晶界析出硬而脆的薄片状碳化物，如M23C6时，会显著削弱晶界间的结合力，成为裂纹扩展快速通道，从而显著降低钢材韧性，导致回火脆性。回火脆性发生于一定的温度区间，目前尚无更好工艺予以避免。通常，通过实验测定其回火脆性温度区间T_脆，在具体工艺中尽量避免在T_脆温度范围对工件进行回火处理。在实际生产中，T_脆范围并不固定，会随着加工工艺与合金成分的改变而发生变化。一旦发生回火脆性将造成工件报废，从而造成较大经济损失，因此，如何避免回火脆性就显得非常重要。

发明内容

本发明解决的问题在于提供一种可改善马氏体耐热钢回火脆性的热处理工艺，通过回火工艺控制碳化物析出，以达到提高其强韧性和废料再利用的目的，提高使用率和经济效益。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种改善马氏体耐热钢回火脆性的热处理工艺，包括以下操作：

1)对于已经产生回火脆性的马氏体耐热钢，通过重新对其进行回火处理，回火温度保持在T_脆+30～70℃，回火保温时间为2～4小时，促使M23C6碳化物稳定化，使MX、M2X、M7C3及M6C碳氮化物弥散析出；

2)对于尚未进行回火的马氏体耐热钢，当T_脆温度无法避开时，采用以下两种方式来保证马氏体耐热钢的强韧性：

(a)将马氏体耐热钢在T_脆的保温时间延长至4～6小时，促使马氏体板条回复和碳氮化物的弥散析出；

或者，(b)先对马氏体耐热钢在T_脆+50℃进行回火，并保温0.5～1小时，之后在降温至T_脆进行保温2～4小时，避免在该温度下产生回火脆性。

所述的马氏体耐热钢为Cr12Ni系列的马氏体耐热钢。

所述的Cr12Ni系列的马氏体耐热钢包括：1Cr12WMoV、X12CrMoWVNb、20Cr12Ni2MoNbB。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：