叶片钢1Cr12Ni3Mo2VN的热处理方法

技术领域

本发明属于叶片钢的生产制造技术领域，具体涉及一种叶片钢1Cr12Ni3Mo2VN的热处理方法。

背景技术

1Cr12Ni3Mo2VN钢是一种新型Cr-Ni-Mo-V-N型超临界、超超临界叶片用钢，是我国新引进的钢种,已广泛用于制造超(超)临界火电机组的末级长叶片以及紧固件、航空发动机中机匣等大锻件。由于叶片长期工作在高温、高压、潮湿环境下的，要求叶片具有优良的耐蚀性、抗高温蠕变性能、高的断裂韧性、疲劳强度和抗氧化性等。叶片作为汽轮机关键部件在服役过程中是多向受力，因此，提高叶片钢的等向性，改善叶片钢横向韧性和塑性，可大幅提高叶片钢的使用寿命及服役安全性。从目前国内的生产情况来看，为满足较高的横纵向冲击比值的要求，该钢种叶片钢大多数还依赖于进口，即使有满足高横纵向冲击比值要求的钢坯，主要是通过不断改善镦拔道次来改善其带状组织，在实际生产过程中大大增加了生产成本，对采用热处理工艺提高横纵向冲击比值鲜少采用，或鲜少报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种叶片钢1Cr12Ni3Mo2VN的热处理方法,可以低成本地生产得到高横纵向冲击韧性比值叶片钢。

本发明为解决上述技术问题采用的技术方案是：叶片钢1Cr12Ni3Mo2VN的热处理方法，包括如下步骤：

步骤A，淬火：首先，将坯料按加热速率80℃/h～120℃/h加热至650℃～700℃，并保温45分钟～120分钟；其中坯料即是指锻制或轧制后的钢坯，保温时间具体视坯料直径大小和装料的多少而定，本发明的优选工艺参数为：对于直径Φ≤200mm的坯料，保温45分钟～60分钟；对于直径Φ＞200mm的坯料，保温90分钟～120分钟；

然后，将坯料按加热速率90℃/h～130℃/h加热至1015℃～1035℃，并保温2小时～5小时；保温时间具体视坯料直径大小和装料的多少而定，本发明的优选工艺参数为：对于直径Φ≤200mm的坯料，保温2小时～3小时；对于直径Φ＞200mm的坯料，保温3小时～5小时；叶片钢1Cr12Ni3Mo2VN随淬火温度的提高，原始组织中沿晶界分布的碳化物更多地溶解到奥氏体中，增大了晶粒间的结合力，使钢的冲击韧性呈上升趋势；但当淬火温度过高，奥氏体晶粒会显著长大，晶界面积减小，晶界能明显降低，钢的强度和冲击韧性显著下降；因此，淬火加热温度应以保证达到充分奥氏体化，提高马氏体的饱和度为原则，故淬火温度1015～1035℃最为适宜；

最后，将坯料出炉进行油淬；优选地，油淬至低于120℃；

步骤B，两次回火：待坯料冷却至室温后，将坯料进行第一次回火热处理，按加热速率70℃/h～120℃/h加热至650℃～710℃，保温6小时～15小时，保温时间具体视坯料直径大小和装料的多少而定，本发明的优选工艺参数为：对于直径Φ≤200mm的坯料，保温6小时～8小时；对于直径Φ＞200mm的坯料，保温10小时～15小时，保温后出炉空冷；待坯料温度低于120℃时(优选为低于100℃时)，将坯料进行第二次回火热处理，其加热速率、加热温度和保温时间的工艺参数范围与第一次回火相同，即按加热速率70℃/h～120℃/h加热至650℃～710℃，直径Φ≤200mm的坯料，保温6小时～8小时，直径Φ＞200mm的坯料，保温10小时～15小时，之后出炉空冷至室温。由于该钢存在两个回火脆性区(450～500℃和600～625℃)，是回火工艺的难点所在。根据航天航空用1Cr12Ni3Mo2VN叶片钢的工作条件，且优化横向组织差异性，选定650℃～710℃的回火温度，可以获得最佳的横纵向冲击比。

本发明中淬火和两次回火采用的加热设备均为台车式燃气炉。

本发明中的叶片钢1Cr12Ni3Mo2VN的化学成分按重量百分比计为：C 0.08％～0.15％、Si0.12％～0.20％、Mn 0.50％～0.90％、Cr 11.0％～12.5％、Ni 2.0％～3.0％、Mo 1.50％～2.00％、V0.25％～0.40％、N 0.02％～0.04％、Al 0.02％～0.055％,余量为Fe和不可避免的杂质。所述的不可避免的杂质包括P和S，其中，按重量百分比计，P≤0.015％，S≤0.005％。

本发明的有益效果是：本发明采用淬火+二次回火热处理后的航天航空用1Cr12Ni3Mo2VN叶片钢，其力学性能和高温持久性能完全满足轴类钢的工况使用条件。热处理后的坯料力学性能：纵向性能：σb：1105～1215MPa,σ0.2：797～875MPa，A：15～18％，横向硬度HBW：260～263，横向硬度HBW：257～265，横向冲击AKv：175～184J，纵向冲击AKv：184～193J，横纵向冲击比值：0.90～0.95，其综合力学性能较好。并且相对于增加镦拔道次的生产工艺，可以显著降低生产成本。

具体实施方式

下面将通过具体的实施例对本发明的具体实施方式作进一步地阐述。

本发明中的叶片钢1Cr12Ni3Mo2VN的化学成分按重量百分比计为：C 0.08％～0.15％、Si0.12％～0.20％、Mn 0.50％～0.90％、Cr 11.0％～12.5％、Ni 2.0％～3.0％、Mo 1.50％～2.00％、V0.25％～0.40％、N 0.02％～0.04％、Al 0.02％～0.055％,余量为Fe和不可避免的杂质。所述的不可避免的杂质包括P和S，其中，按重量百分比计，P≤0.015％，S≤0.005％。

产品技术要求如表1所示。

表1产品技术要求

本发明提供一种航天航空用1Cr12Ni3Mo2VN叶片钢钢锭淬火+二次回火热处理方法，其工艺流程均为：台车式燃气炉进行650℃～700℃预热并保温→继续加热至1015℃～1035℃并保温→出炉油淬至低于120℃→冷却至室温的坯料在台车式燃气炉进行650℃～710℃第一次回火，并保温→出炉空冷至温度低于120℃→台车式燃气炉进行650～710℃第二次回火，并保温→出炉空冷。

实施例1，以规格为Φ200mm的钢坯为例，其热处理工艺如下：

步骤A，淬火：坯料在台车式燃气炉逐支布料，坯料与坯料之间应有一定间隙，最多不超过2层布料。首先将坯料按120℃/h加热至690±10℃进行均热热处理，保温60分钟；然后，将坯料按120℃/h加热至1025±10℃，保温2.5小时；最后，将坯料出炉进行油淬，当坯料温度低于120℃后出油空冷至室温。

步骤B，回火：第一次回火：将空冷至室温的坯料放入台车式燃气炉进行回火。首先，将坯料按110℃/h加热至690±10℃，保温7小时30分钟，然后出炉空冷至温度低于100℃进行第二次回火热处理。第二次回火：将温度低于100℃的坯料放入台车式燃气炉进行第二次回火。首先，将坯料按110℃/h加热至690±10℃，保温7小时30分钟，然后出炉空冷至室温。

根据本实施例所获得的产品的力学性能数据如表2所示：

表2所例实物力学性能

实施例2，以规格为Φ350mm的钢坯为例，其热处理工艺如下：

步骤A，淬火：坯料在台车式燃气炉逐支布料，坯料与坯料之间应有一定间隙，最多不超过2层布料。首先将坯料按100℃/h加热至690±10℃进行均热热处理，保温110分钟；然后，将坯料按100℃/h加热至1025±10℃，保温3小时30分钟；最后，将坯料出炉进行油淬，当坯料温度低于120℃后出油空冷至室温。

步骤B，回火：第一次回火：将空冷至室温的坯料放入台车式燃气炉进行回火。首先，将坯料按95℃/h加热至690±10℃，保温12小时30分钟，然后出炉空冷至温度低于120℃进行第二次回火热处理。第二次回火：将温度低于120℃的坯料放入台车式燃气炉进行第二次回火。首先，将坯料按95℃/h加热至690±10℃，保温12小时30分钟，然后出炉空冷至室温。

根据本实施例所获得的产品的力学性能数据如表3所示：

表3所例实物力学性能

实施例3，以规格为Φ500mm的钢坯为例，其热处理工艺如下：

步骤A，淬火：坯料在台车式燃气炉逐支布料，坯料与坯料之间应有一定间隙，最多不超过1层布料。首先将坯料按80℃/h加热至690±10℃进行均热热处理，保温120分钟；然后，将坯料按95℃/h加热至1025±10℃，保温4小时30分钟；最后，将坯料出炉进行油淬，当坯料温度低于120℃后出油空冷至室温。

步骤B，回火：第一次回火：将空冷至室温的坯料放入台车式燃气炉进行回火。首先，将坯料按70℃/h加热至690±10℃，保温13小时30分钟，然后出炉空冷至温度低于100℃进行第二次回火热处理。第二次回火：将温度低于100℃的坯料放入台车式燃气炉进行第二次回火。首先，将坯料按70℃/h加热至690±10℃，保温13小时30分钟，然后出炉空冷至室温。

根据本实施例所获得的产品的力学性能数据如表4所示：

表4所例实物力学性能

由表2、表3和表4可知，根据本发明提供的热处理方法所获得的产品的力学性能能够满足产品的技术要求，且性能稳定。

采用本发明生产的航天航空用1Cr12Ni3Mo2VN叶片钢钢锭，其力学满足技术要求，且横纵向冲击比值完全满足该产品在航天航空环境中使用。