[发明专利]9～12%Cr转子钢晶粒细化与均匀化的方法

说明书

本发明涉及一种9～12％Cr转子钢晶粒细化与均匀化的方法，属于耐热钢材料技术领域。所述9～12％Cr转子钢晶粒细化与均匀化的方法包括：9～12％Cr转子钢锻造结束后得到锻件，所述锻件的直径尺寸为700mm以上，将锻件在600～750℃进行待料100mm/1h以上，待料结束后，降温至160～350℃，保温100mm/2h以上，再升温至1000～1110℃，保温100mm/1.5h以上，再降温至680～750℃，保温使锻件发生平衡相变，之后炉冷至锻件表面250℃以下。本发明能实现大尺寸直径的9～12％Cr转子钢晶粒度的细化与均匀化。

技术领域

本发明涉及一种9～12％Cr转子钢晶粒细化与均匀化的方法，属于耐热钢材料技术领域。

背景技术

随着及“碳达峰”、“碳中和”等理念的提出，超超临界燃煤技术因为其高效的发电效率成为煤电行业发展的主流，而超超临界机组转子是超超临界机组的关键零部件，因此9～12％Cr 转子钢材料的研发及制造变的格外重要。

9～12％Cr材料为马氏体耐热钢，存在较强的组织遗传性，且超超临界机组转子的尺寸大，在锻造过程中，容易使工件内部出现晶粒粗大和混晶，这些都将会极大的影响工件的性能，造成力学性能不合格，在进行探伤检测时，晶粒粗大或者混晶也会使探伤结果出现杂波，造成探伤不合格。这些都将对超超临界机组转子的生产制造造成极大的困难，因此实现材料晶粒度的细化和均匀化十分重要。

大型铸锻件常用的细化晶粒方法主要有多次正火、临界区快速加热、过冷奥氏体等温转变。临界区快速加热细化晶粒方法要求在热处理时，以不小于100℃/min的加热速度升至奥氏体化温度，减少较低奥氏体化温度停留时间，获得球状奥氏体，从而细化晶粒。但在大型铸锻件的热处理过程中，想要获得如此快的加热速度是极其不易的；过冷奥实体等温转变细化晶粒方法要求工件在锻造后，经历一个平衡分解的过程，例如得到珠光体组织，当再次加热时，珠光体内只形成球状奥氏体，不保留原有位向，从而得到细化的晶粒，但9～12％Cr 材料为马氏体耐热钢，合金含量高，珠光体转变完成后，碳化物大量析出且分布不均匀，当再次加热时，造成晶粒异常长大且分布不均匀，出现混晶问题。多次正火细化晶粒方法主要利用奥氏体自发再结晶，但由于马氏体钢的奥氏体自发再结晶的加热温度高，且对于马氏体钢而言，由于组织遗传性强，难以实现充分的均匀化，因此多次正火细化晶粒的方法也存在缺陷。

因此本专利通过微调锻后热处理和改变性能热处理等手段，解决超超临界机组转子生产制造过程中出现的混晶，晶粒粗大以及组织遗传等问题，同时细化晶粒。

宋传宝，金嘉瑜，刘志颖，等.300MW汽轮机低压转子晶粒细化与均匀化的热处理工艺方法研究[J].大型铸锻件，1998，(4):34-37.对30Cr2NI4MoV钢的晶粒遗传现象进行讨论，通过对临界区高温测多次正火.前处理、预备处理等可能消除或减少晶粒遗传的热处理方法进行了模拟试验及分析，根据模拟试验结果，对300MW汽轮机低压转子进行了细化晶粒热处理的生产试验，确定了合理、有效的热处理工艺方法。然而其工艺出现粗晶，混晶现象。

王晓芳.620℃汽轮机转子锻件用钢晶粒细化热处理工艺研究[J].大型铸锻件,2016(2):4. 结合9％-10％Cr铁素体钢的材料特点，对620℃汽轮机转子锻件用COST-FB2钢晶粒细化热处理工艺进行试验研究及分析。研究结果表明，原始组织为马氏体，晶粒度大于00级的 COST-FB2钢试样，经660～760℃长时间等温转变处理后，可获得铁素体加碳化物扩散型转变组织。扩散型转变组织试样在1080～1100℃温度区间奥氏体化后淬火，可获得6级～1级晶粒度，粗大原始组织遗传被切断。这可为转子锻件产品热处理工艺的制定提供依据。该文献中的结果采用的是实验室级别的试样进行实验，试样的初始组织形态和实际的大型锻件存在较大差异，而且奥氏体化的保温时间为12h，较实际产品保温时间较短，此外文献中当奥氏体化温度在1100℃时晶粒度仅为1级。