T91鋼退火熱處理工藝的優(yōu)化

趙曉平， 王素英

（石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系，河北 石家莊 050081）

T91鋼具有良好的高溫持久性、抗蠕變性、抗氧化性、沖擊韌性、焊接性、抗高溫蒸汽腐蝕性、低熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱性及良好的組織穩(wěn)定性.因此，T91鋼常用于燃煤發(fā)電的亞臨界、超臨界高壓鍋爐中，以提高發(fā)電效率、節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境，使發(fā)電技術(shù)更加可靠［1］.

目前，鋼廠生產(chǎn)T91鋼的工藝如下：棒料→熱穿孔→退火→酸洗、清理→冷軋→正火、回火→酸洗、清理→取樣→矯直→切管→酸洗、清理→探傷→入庫.其中，中間退火使用RODR2000輥底爐，退火溫度為770℃，輥速為7m／h（保溫約2.3h）.而T91鋼在退火后進(jìn)行冷軋時卻發(fā)生了開裂現(xiàn)象，導(dǎo)致T91鋼成材率很低.經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)裂紋的原因在于T91鋼退火工藝制訂不合理.故筆者對冷態(tài)T91鋼管進(jìn)行了中間退火熱處理試驗研究，考察了在不同熱處理工藝參數(shù)下T91鋼的力學(xué)性能和顯微組織，以獲得最優(yōu)的熱處理工藝.

1 試驗制備及試驗方案

1.1 試驗制備

試驗材料取自冷態(tài)T91管，分別為Φ89×8.5和Φ57×9.0兩種規(guī)格的在制品，其變形工藝見表1，化學(xué)成分見表2.

表1 試驗用T91管對應(yīng)的完整生產(chǎn)變形工藝

表2 試驗用T91管的化學(xué)成分 %

1.2 試驗方案

首先，對兩種規(guī)格（Φ89×8.5和 Φ57×9.0）的冷態(tài)T91管（在制品）按照不同的中間退火溫度在箱式電阻爐中進(jìn)行退火；其次，對退火前后的T91管進(jìn)行拉伸和硬度試驗；再次，觀察退火前后的顯微組織；最后，得出最佳的中間熱處理工藝.試驗路線見圖1.

圖1 實驗路線

依據(jù)T91鋼CCT曲線（過冷奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線），退火溫度分別取770℃，790℃，810℃和830℃，退火工藝示意圖如圖2.

圖2 中間退火熱處理工藝

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 拉伸試驗結(jié)果與分析

表3和表4分別是Φ89×8.5和Φ57×9.0兩種規(guī)格的T91管在不同中間退火溫度的拉伸性能.

表3 Φ89×8.5T91管中間退火熱處理后的拉伸性能

表4 Φ57×9.0T91管中間退火熱處理后的拉伸性能

表3和表4說明，經(jīng)過中間退火后兩種鋼管的抗拉強度和屈服強度明顯比成品管的強度降低，延伸率略有變化.

圖3是兩種規(guī)格在制品管中間退火后的強度比較圖.從圖中可以看出，兩種規(guī)格T91鋼管的抗拉強度和屈服強度隨溫度的升高而成折線變化；在790℃時抗拉強度和屈服強度同時達(dá)到最低值，這是由于它在此溫度下再結(jié)晶比770℃更充分，位錯密度顯著下降，消除了加工硬化；隨著退火溫度的升高，合金元素逐漸開始固溶，強度略有升高.比較可知，對兩種規(guī)格的T91鋼管來說，790℃～830℃為最佳中間退火溫度.這個溫度有利于后續(xù)冷加工工序的進(jìn)行.

圖3 兩種規(guī)格T91管強度比較圖

2.2 硬度試驗及結(jié)果分析

通過對兩種規(guī)格冷態(tài)T91管的原始試樣和不同中間退火溫度退火后的試樣進(jìn)行布氏硬度試驗，得到的硬度值見表5.由表5可以看出，退火后的試樣硬度明顯低于原始冷態(tài)管的試樣硬度，中間退火后的硬度值隨溫度的變化而有所不同.

表5 兩種規(guī)格T91管在不同退火溫度下的硬度值

與強度類似，T91鋼管的硬度隨退火溫度的升高而降低，在790℃時硬度達(dá)到最低值；隨著退火溫度的升高，硬度略有回升.從硬度上分析可得，對兩種規(guī)格的T91鋼管來說，790℃～830℃為最佳的中間退火溫度，此時T91鋼管的硬度降低，有利于后續(xù)冷加工工序的進(jìn)行.

2.3 金相試驗結(jié)果及分析

圖4為不同中間退火溫度下Φ89×8.5與Φ57×9.0的金相組織圖.

圖4 不同溫度中間退火后的金相組織

由圖4可以看出，經(jīng)不同溫度（770℃，790℃，810℃，830℃）的中間退火并保溫90min后空冷，所得到的組織均為粒狀滲碳體加等軸狀鐵素體，與成品熱處理后的狀態(tài)相比，滲碳體明顯長大，鐵素體晶粒尺寸也有所增大.這是其硬度和強度降低、塑性提高的主要原因［2］.

3 結(jié)論

（1）經(jīng)過中間退火后，Φ89×8.5和 Φ57×9.0兩種規(guī)格的T91鋼管的抗拉強度、屈服強度與硬度明顯降低，有利于后續(xù)冷軋的進(jìn)行.

（2）對兩種規(guī)格的 T91鋼管來說，790℃～830℃為最佳的中間退火溫度.在這一溫度范圍內(nèi)，其抗拉強度、屈服強度、硬度均達(dá)到最低，易于后續(xù)冷加工工序的進(jìn)行.

（3）經(jīng)不同溫度的中間退火，保溫90min，空冷后所得到的組織為粒狀滲碳體加等軸狀鐵素體（回火索氏體）.

（4）根據(jù)以上試驗結(jié)果，結(jié)合鋼廠實際情況，優(yōu)化后的退火工藝為：采用電加熱保護(hù)氣體輥底爐（EF爐）取代RODR2000輥底爐進(jìn)行中間退火處理，退火溫度為820℃～830℃，速度為0.13m／min，從進(jìn)料到出料的時間約為120min.

（5）通過優(yōu)化工藝，T91管的成材率提高了12.8%.

［1］王起江，洪杰.寶鋼T91高壓鍋爐管性能試驗與研究 ［J］.寶鋼技術(shù)，2003，（4）：46－50.

［2］王然，賀明賢.熱處理對T91鋼金相組織及顯微硬度的影響［J］.金屬熱處理，2000，（11）：6－7.