汽輪機(jī)零部件用12%Cr鋼粗晶細(xì)化熱處理工藝研究

   12%Cr型馬氏體熱強(qiáng)不銹鋼是用于制造超臨界、超超臨界火電機(jī)組汽輪機(jī)零部件的重要材料。由于加入了Mo、V等合金元素，12%Cr型馬氏體熱強(qiáng)不銹鋼具有更加良好的高溫?zé)釓?qiáng)性、高溫組織和性能穩(wěn)定性、高溫抗氧化性及抗蒸汽腐蝕能力。

　　東方汽輪機(jī)有限公司的技術(shù)人員研究的一種12%Cr型馬氏體熱強(qiáng)不銹鋼在汽輪機(jī)零部件實(shí)際生產(chǎn)過程中，需經(jīng)過退火、鍛造、調(diào)質(zhì)等多道熱加工工序，因該材料對(duì)熱處理溫度較為敏感，容易出現(xiàn)粗晶或混晶現(xiàn)象，從而導(dǎo)致晶粒度、強(qiáng)度、沖擊等性能指標(biāo)不合格。

　　研究表明，晶粒細(xì)化是同時(shí)提高鋼鐵材料強(qiáng)度和韌性的唯一方法。鋼鐵材料獲得細(xì)晶的主要方法有：利用相變和再結(jié)晶熱處理、形變熱處理以及鋼液超速急冷等特殊工藝方法。國(guó)內(nèi)外對(duì)這種12%Cr型馬氏體熱強(qiáng)不銹鋼晶粒細(xì)化的工藝少有報(bào)道，而生產(chǎn)中卻常遇到該材料的粗晶問題，因此有必要對(duì)該材料的晶粒細(xì)化工藝進(jìn)行深入研究。

　　技術(shù)人員主要研究了1040℃×4h退火、1040℃×2h退火、1040℃×4h正火、1040℃×2h正火對(duì)該12%Cr型馬氏體熱強(qiáng)不銹鋼晶粒細(xì)化的作用，并通過生產(chǎn)驗(yàn)證1040℃×4h退火細(xì)化晶粒工藝的可行性，深入分析晶粒細(xì)化的本質(zhì)原因，為該材料的粗晶細(xì)化提供理論依據(jù)，以解決實(shí)際生產(chǎn)問題。研究結(jié)果表明：

　?。?）該12%Cr型馬氏體耐熱鋼粗晶方鋼分別在1040℃×4h退火、1040℃×2h退火、1040℃×4h正火、1040℃×2h正火熱處理后，晶粒度得到明顯細(xì)化，宏觀粗晶轉(zhuǎn)變成4級(jí)以上的晶粒度合格水平，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。其中1040℃×4h退火的熱處理工藝最佳，晶粒度可以達(dá)到6級(jí)。

　?。?）該粗晶方鋼經(jīng)1040℃×4h退火后，按照實(shí)際生產(chǎn)熱處理工藝進(jìn)行調(diào)質(zhì)后，原方鋼的粗晶得到了明顯細(xì)化，其晶粒度均達(dá)到了4級(jí)以上合格水平，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。此外，晶粒細(xì)化顯著地提高了該材料的沖擊性能。

　　（3）該粗晶方鋼晶粒細(xì)化的主要原因是1040℃×4h退火可使奧氏體的形核率和長(zhǎng)大速率達(dá)到很好的平衡，從而使晶粒細(xì)化效果最好。另外，碳氮化合物等相增加了晶粒形核質(zhì)點(diǎn)，同時(shí)對(duì)晶界起到了釘扎作用。

　?。?）通過對(duì)鋼鐵材料實(shí)施退火或正火處理，可使其發(fā)生由α-Fe至γ-Fe和γ-Fe至α-Fe的相變重結(jié)晶，從而使粗大的晶粒得到細(xì)化。奧氏體等溫形成動(dòng)力學(xué)表明，隨等溫溫度升高，奧氏體形成速度加快。這是由于奧氏體的形核率和長(zhǎng)大速度隨溫度升高而增大，但形核率的增加更為明顯，因而控制奧氏體化溫度和加熱時(shí)間對(duì)控制奧氏體晶粒很重要。