一種用于增加TP347HFG鋼中片狀碳化鈮數量的方法與流程

本發明涉及材料工程領域，具體而言，涉及一種用于增加TP347HFG鋼中片狀碳化鈮數量的方法。

背景技術：

隨著發電技術的進步，發電機組的溫度越來越高，超超臨界機組對所用材料提出了越來越高的要求，TP347HFG鋼管是用于超超臨界發電機組的一種重要材料，因此TP347HFG鋼管的耐高溫性能顯得尤為重要。

鈮是一種強碳化物形成元素，是TP347HFG鋼中的主要成分之一。碳化鈮(NbC)具有很好的高溫穩定性，TP347HFG鋼中含有較多的碳和鈮，碳化鈮在TP347HFG鋼中主要有粗大的液析碳化鈮和時效過程中析出的細小碳化鈮兩種，為了提高鋼的高溫性能，主要利用的是分布均勻且細小的碳化鈮。

但是現有技術中，TP347HFG鋼在冶煉后的澆注過程中，當溫度低于液相線溫度時，便有碳化鈮逐漸析出，且在鋼錠的1/2半徑處形成粗大的碳化鈮。經過均勻化退火、軋制和常規固溶處理后，部分液析碳化鈮雖然轉化為細小均勻分布的碳化鈮，但殘留的液析碳化鈮依然比較粗大，這種粗大的碳化鈮對鋼的高溫性能會產生不利影響，限制了TP347HFG鋼材料的進一步應用。

有鑒于此，特提出本發明。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種用于增加TP347HFG鋼中片狀碳化鈮數量的方法，在鋼坯均勻化退火處理和軋制成圓鋼之后，將TP347HFG圓鋼加熱進行固溶處理，破碎后的大塊液析碳化鈮由于呈現凸面，曲率半徑較小，會溶解在奧氏體中，使奧氏體中的鈮和碳達到飽和，然后隨爐冷卻到時效溫度進行時效處理，讓奧氏體中溶解的鈮和碳在奧氏體晶界和未溶解的大塊碳化鈮上析出。后續軋制前雖然也會加熱進行固溶處理，使奧氏體中的鈮和碳達到飽和，但此過程中大塊液析碳化鈮依然呈現凸面，溶解在奧氏體中的速度較快，晶界上析出的片狀碳化鈮曲率半徑大甚至是凹面，在奧氏體中的溶解速度比大塊液析碳化鈮的慢，所以晶界上的碳化鈮不會完全溶解而被保留下來。如果進一步進行循環固溶與時效處理，則由于固溶過程中晶界上的片狀碳化鈮在奧氏體中的溶解速度比大塊液析碳化鈮的慢，時效過程中的長大速度卻與液析碳化鈮的相當，從而使得循環過程中晶界上的片狀碳化鈮逐漸長大，而液析大塊的碳化鈮逐漸變小。最終通過本發明這種固溶-時效的循環處理能在晶界上獲得片狀的碳化鈮。在后續穿管和軋制過程中，晶界上片狀的碳化鈮破碎成細小的碳化鈮顆粒，對鋼的高溫性能有益，同時大塊液析碳化鈮變小也有利于改善鋼的高溫性能。

為了實現本發明的上述目的，特采用以下技術方案：

本發明提供了一種用于增加TP347HFG鋼中片狀碳化鈮數量的方法，主要包括如下步驟：

(A)對TP347HFG鋼坯進行均勻化退火處理并軋制后，加熱到1200-1300℃之間保溫1-3h，進行固溶處理；

(B)冷卻至980-1100℃之間保溫1-3h進行時效處理，再加熱到1200-1300℃之間保溫1-3h進行固溶處理，出爐、進行穿管及后續軋制即可。

TP347HFG鋼依靠細小均勻分布的碳化鈮獲得優異的高溫性能，現有技術中，TP347HFG鋼中的液析碳化鈮在軋制過程中破碎，在固溶處理過程中進一步縮小，但依然殘留有粗大的碳化鈮，這種粗大的碳化鈮不僅本身對鋼的高溫性能有有害影響，而且由于減少了細小均勻分布的碳化鈮的數量，也會對鋼的高溫性能產生不利影響。

本發明為了解決以上問題，提供了一種用于增加TP347HFG鋼中片狀碳化鈮數量的方法，該方法通過加熱保溫固溶-冷卻保溫時效-再加熱保溫固溶的處理方式，以使得最后晶界上析出的片狀碳化鈮逐漸長大，而液析的大塊碳化鈮逐漸變小，在后續穿管和軋制過程中，晶界上片狀的碳化鈮破碎成細小的顆粒，更有利于提高鋼的高溫性能。

在后續軋制過程中伴隨有奧氏體的動態回復再結晶過程，在動態回復再結晶階段，奧氏體晶粒會長大，甚至會出現異常長大，從而對鋼的性能產生不利影響。晶界上的片狀碳化鈮破碎成細小的碳化鈮顆粒后，能夠阻止奧氏體晶粒長大，顯然細小碳化鈮顆粒的數量越多，阻止效果越好，從而得到更加細小的奧氏體晶粒，進而改善鋼的高溫性能。

另外，固溶、時效的溫度以及保溫時間這些參數需要控制適宜，因為如果溫度太高可能會對鋼的性能產生不利影響，尤其是高溫條件下鋼中可能會出現晶界溶化現象，因此需要嚴格控制加熱溫度，只要達到使大塊的碳化鈮盡量多的溶解，而片狀的碳化鈮從晶界析出并長大的目的即可，固溶的溫度與時效的溫度之間并不需要差值太大。

還有，為了使得晶界上有較多的片狀碳化鈮析出，步驟(A)-(B)中的固溶-時效步驟最好循環重復多次，因此比較優選的方案為：循環重復所述步驟(A)-(B)中的固溶-時效步驟多次后，最后進行固溶處理后，再出爐進行穿管及后續軋制。

更優的，循環重復的次數為2-3次。

最優的，循環重復的次數為3次。一般循環重復3次后即可使得鋼的晶界上有較多的片狀的碳化鈮析出，晶界上析出的碳化鈮在固溶處理過程中不會完全溶解在奧氏體中，能夠穩定地存在，從而確保具有改善TP347HFG高溫性能的效果。并通過控制固溶-析出循環次數，以達到控制晶界析出的碳化鈮的大小之目的。

在本發明中，步驟(A)中，固溶處理的溫度最好控制在1250-1280℃之間，固溶時間最好為2-2.5h之間，更優的為，固溶處理的溫度為1270℃，處理時間為2h。

步驟(B)中，時效處理的溫度最好控制在990-1000℃之間，時間最好為2-2.5h之間。更優的，時效處理的溫度為1000℃，時間為2h。

最后，步驟(B)中的固溶處理溫度最好控制在1250-1280℃之間，固溶時間最好在2-2.5h之間，更優的，固溶處理的溫度為1270℃，固溶時間為2h。

與現有技術相比，本發明的有益效果為：

(1)本發明提供的增加TP347HFG鋼中片狀碳化鈮數量的方法，通過固溶-時效的循環處理能在晶界上獲得片狀的碳化鈮，在后續穿管和軋制過程中，晶界上片狀的碳化鈮破碎成細小的碳化鈮顆粒，能夠阻止奧氏體晶粒在再結晶過程中長大，更有利于提高鋼的高溫性能；

(2)采用本發明的方法能夠降低鋼管的廢品率，從而降低生產成本，提高產品合格率，創造了一定的經濟效益，該方法適合廣泛推廣應用；

(3)本發明的增加TP347HFG鋼中片狀碳化鈮數量的方法具有方法簡單易于操作，前后步驟銜接緊密，操作條件溫和等優點。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，以下將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。

圖1為采用本發明實施例1的方法處理后的圓鋼金相試樣的掃描電鏡照片，試樣未經過腐蝕處理，其中白色大塊狀的是破碎后的液析碳化鈮，沿晶界分布的細小白色的是片狀碳化鈮；

圖2為采用本發明實施例2的方法處理后的圓鋼金相試樣的掃描電鏡照片，試樣未經過腐蝕處理，其中白色大塊狀的是破碎后的液析碳化鈮，沿晶界分布的細小白色的是片狀碳化鈮；

圖3-4為采用本發明實施例3的方法處理后的圓鋼金相試樣的掃描電鏡照片，試樣未經過腐蝕處理，其中白色大塊狀的是破碎后的液析碳化鈮，沿晶界分布的細小白色的是片狀碳化鈮；

圖5-6為采用本發明實施例4的方法處理后的圓鋼金相試樣的掃描電鏡照片，試樣未經過腐蝕處理，其中白色大塊狀的是破碎后的液析碳化鈮，沿晶界分布的細小白色的是片狀碳化鈮；

圖7為采用比較例1的方法處理后的圓鋼金相試樣的掃描電鏡照片，試樣未經過腐蝕處理，其中白色大塊狀的是破碎后的液析碳化鈮，沿晶界沒有細小白色的片狀碳化鈮。

具體實施方式

下面將結合實施例對本發明的實施方案進行詳細描述，但是本領域技術人員將會理解，下列實施例僅用于說明本發明，而不應視為限制本發明的范圍。實施例中未注明具體條件者，按照常規條件或制造商建議的條件進行。所用試劑或儀器未注明生產廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規產品。

實施例1

增加TP347HFG鋼中片狀碳化鈮數量的方法，步驟如下：

1)TP347HFG鋼坯均勻退火，軋制成圓鋼后，將圓鋼加熱到1300℃保溫2h固溶；

2)降溫冷卻至1000℃，保溫1h時效，再加熱到1300℃保溫2h固溶，出爐。

尚未進行穿管以及后續軋制；

如附圖1所示，圖1是采用本發明實施例的方法處理后的圓鋼金相試樣的掃描電鏡圖，圖中白色的是碳化鈮，其中大塊的是液析碳化鈮，晶界上析出的片狀碳化鈮呈細線狀，可見雖然晶界上有片狀碳化鈮析出，但數量不是很多。

實施例2

增加TP347HFG鋼中片狀碳化鈮數量的方法，步驟如下：

兩次循環處理：本實施例是在TP347HFG鋼坯均勻化退火和軋制成圓鋼后進行的；

第一次循環：1)TP347HFG鋼坯均勻化退火，軋制成圓鋼后，將圓鋼加熱到1300℃保溫1h固溶；

2)降溫冷卻至1000℃，保溫3h時效；

第二次循環：3)升溫到1200℃保溫3h固溶；

4)降溫冷卻至1100℃，保溫1h時效；

加熱固溶處理：5)最后再加熱到1200℃保溫1h固溶，出爐。

尚未進行穿管以及后續軋制。

如附圖2所示，圖2是采用本發明實施例的方法處理后的圓鋼金相試樣上的掃描電鏡圖，圖中白色的是碳化鈮，其中大塊的是液析碳化鈮，晶界上析出的片狀碳化鈮呈細線狀，可見晶界上有較多的碳化鈮析出，數量明顯增多。

實施例3

增加TP347HFG鋼中片狀碳化鈮數量的方法，步驟如下：

三次循環處理：本實施例是在TP347HFG鋼坯均勻化退火和軋制成圓鋼后進行的；

第一次循環：1)TP347HFG鋼坯均勻化退火，軋制成圓鋼后，將圓鋼加熱到1280℃保溫2h固溶；

2)降溫冷卻至1000℃，保溫2.5h時效；

第二次循環：3)升溫到1280℃保溫2h固溶；

4)降溫冷卻至1000℃，保溫2h時效；

第三次循環：5)升溫到1280℃保溫2h固溶；

6)降溫冷卻至1000℃，保溫2h時效；

加熱固溶處理：7)最后再加熱到1280℃保溫1h固溶，出爐。

尚未進行穿管以及后續軋制。

如附圖3和圖4所示，圖3和圖4是采用本發明實施例的方法處理后的圓鋼金相試樣上的掃描電鏡圖，圖中白色的是碳化鈮，其中大塊的是液析碳化鈮，晶界上析出的片狀碳化鈮呈細線狀，可見晶界上有較多的碳化鈮析出，數量明顯增多，這表明晶界上析出的碳化鈮在固溶處理過程中不會完全溶解在奧氏體中，能夠穩定地存在，從而確保具有改善TP347HFG高溫性能的效果。

實施例4

增加TP347HFG鋼中片狀碳化鈮數量的方法，步驟如下：

三次循環處理：本實施例是在TP347HFG鋼坯均勻化退火和軋制成圓鋼后進行的；

第一次循環：1)TP347HFG鋼坯均勻化退火，軋制成圓鋼后，將圓鋼加熱到1270℃保溫2h固溶；

2)降溫冷卻至1000℃，保溫2.5h時效；

第二次循環：3)升溫到1270℃保溫2.5h固溶；

4)降溫冷卻至1000℃，保溫2h時效；

第三次循環：5)升溫到1270℃保溫2h固溶；

6)降溫冷卻至1000℃，保溫2.5h時效；

加熱固溶處理：7)最后再加熱到1270℃保溫2h固溶，出爐。

尚未進行穿管以及后續軋制。

如附圖5-6所示，圖5-6采用本發明實施例的方法處理后的圓鋼金相試樣上的掃描電鏡圖，圖中白色的是碳化鈮，其中大塊的是液析碳化鈮，晶界上析出的片狀碳化鈮呈細線狀，可見晶界上有較多的碳化鈮析出，數量明顯增多，這表明晶界上析出的碳化鈮在固溶處理過程中不會完全溶解在奧氏體中，能夠穩定地存在，從而確保具有改善TP347HFG高溫性能的效果。

實施例5

增加TP347HFG鋼中片狀碳化鈮數量的方法，步驟如下：

三次循環處理：本實施例是在TP347HFG鋼坯均勻化退火和軋制成圓鋼后進行的；

第一次循環：1)TP347HFG鋼坯均勻化退火，軋制成圓鋼后，將圓鋼加熱到1260℃保溫2h固溶；

2)降溫冷卻至990℃，保溫2.5h時效；

第二次循環：3)升溫到1260℃保溫2h固溶；

4)降溫冷卻至1000℃，保溫2h時效；

第三次循環：5)升溫到1260℃保溫2h固溶；

6)降溫冷卻至990℃，保溫2h時效；

加熱固溶處理：7)最后再加熱到1260℃保溫1h固溶，出爐，

尚未進行穿管以及后續軋制。

實施例6

增加TP347HFG鋼中片狀碳化鈮數量的方法步驟如下：

三次循環處理：本實施例是在TP347HFG鋼坯均勻化退火和軋制成圓鋼后進行的；

第一次循環：1)TP347HFG鋼坯均勻化退火，軋制成圓鋼后，將圓鋼加熱到1270℃保溫2h固溶；

2)降溫冷卻至1000℃，保溫1.5h時效；

第二次循環：3)升溫到1270℃保溫2.5h固溶；

4)降溫冷卻至1000℃，保溫1.5h時效；

第三次循環：5)升溫到1270℃保溫2h固溶；

6)降溫冷卻至1000℃，保溫2.5h時效；

加熱固溶處理：7)最后再加熱到1270℃保溫2h固溶，出爐。

尚未進行穿管以及后續軋制。

實施例7

增加TP347HFG鋼中片狀碳化鈮數量的方法步驟如下：

三次循環處理：本實施例是在TP347HFG鋼坯均勻化退火和軋制成圓鋼后進行的；

第一次循環：1)TP347HFG鋼坯均勻化退火，軋制成圓鋼后，將圓鋼加熱到1270℃保溫2h固溶；

2)降溫冷卻至1000℃，保溫2h時效；

第二次循環：3)升溫到1270℃保溫1.5h固溶；

4)降溫冷卻至1000℃，保溫2h時效；

第三次循環：5)升溫到1270℃保溫3h固溶；

6)降溫冷卻至1000℃，保溫2.5h時效；

加熱固溶處理：7)最后再加熱到1270℃保溫3h固溶，出爐。

尚未進行穿管以及后續軋制。

比較例1

TP347HFG鋼的固溶處理方法，步驟如下：

TP347HFG鋼坯均勻退火，軋制成圓鋼后，將圓鋼加熱到1275℃保溫4h固溶，出爐。尚未進行穿管以及后續軋制；

如附圖7所示，圖7是采用本比較例1的方法處理后的圓鋼金相試樣的掃描電鏡圖，圖中白色的是碳化鈮，其中大塊的是液析碳化鈮，晶界上沒有析出的片狀碳化鈮。

本發明的用于增加TP347HFG鋼中片狀碳化鈮(NbC)數量的方法，在鋼坯均勻化退火處理和軋制成圓鋼之后，將TP347HFG圓鋼加熱固溶處理，大塊的液析碳化鈮由于呈現凸面，曲率半徑較小，會溶解在奧氏體中達到飽和，然后隨爐冷卻時效處理后，讓奧氏體中溶解的鈮和碳在奧氏體晶界和未溶解的大塊碳化鈮上析出。后續軋制時讓大塊液析碳化鈮繼續溶解在奧氏體中以達到飽和，然而在這些后續的加熱固溶處理中，晶界上析出的片狀碳化鈮曲率半徑大甚至是凹面，循環加熱時的溶解速度要比大塊的液析碳化鈮的慢很多，循環冷卻時的長大速度卻與液析碳化鈮的相當，這樣循環過程中晶界上的片狀碳化鈮逐漸長大，而液析大塊的碳化鈮逐漸變小，最終通過本發明這種固溶-時效的循環處理能在晶界上獲得片狀的碳化鈮，在后續穿管和軋制過程中，晶界上片狀的碳化鈮破碎成細小的碳化鈮顆粒，更有利于提高鋼的高溫性能。

總之，與現有技術相比，本發明的有益效果為：

(1)本發明提供的增加TP347HFG鋼中片狀碳化鈮數量的方法，通過固溶-時效的循環處理能在晶界上獲得片狀的碳化鈮，改變了傳統的固溶處理方式，這樣在后續穿管和軋制等塑性加工過程中，晶界上片狀的碳化鈮破碎成細小的碳化鈮顆粒，更有利于提高鋼的高溫性能；

(2)采用本發明的方法能夠降低鋼的廢品率，從而降低生產成本，并創造一定的經濟效益，可見該方法適合廣泛推廣應用；

(3)本發明的增加TP347HFG鋼中片狀碳化鈮數量的方法具有方法簡單易于操作，前后步驟銜接緊密，操作條件溫和等優點，發明人也是通過反復實驗最終采取的較優的路線。

盡管已用具體實施例來說明和描述了本發明，然而應意識到，在不背離本發明的精神和范圍的情況下可以做出許多其它的更改和修改。因此，這意味著在所附權利要求中包括屬于本發明范圍內的所有這些變化和修改。