固溶溫度對(duì)S30432新型奧氏體不銹鋼性能的影響

鐘正彬，張杰

東方電氣集團(tuán)東方鍋爐股份有限公司 四川德陽 618000

1 序言

隨著大容量、高參數(shù)電站鍋爐的推廣，對(duì)鍋爐用金屬材料的要求越來越高，新材料、新工藝在鍋爐制造過程中不斷涌現(xiàn)，新材料性能的掌握、新工藝的制定成為鍋爐制造企業(yè)日益緊迫的問題。具有高強(qiáng)度、高使用溫度、高耐蝕性的S30432新型奧氏體不銹鋼在鍋爐制造中得到了應(yīng)用，該鋼種是在ASME SA-213TP304H的基礎(chǔ)上加入適量的Cu、Nb、N，從而達(dá)到高溫強(qiáng)度、高溫塑性以及抗高溫氧化腐蝕性能的最佳組合。該材料已由ASME CODE CASE 2328-2納入ASMEⅡ SA-213 UNS標(biāo)號(hào)S30432，在超臨界鍋爐和超超臨界鍋爐的高溫段受熱面工程應(yīng)用具有較大潛力。ASMEⅠ PG-19要求S30432不銹鋼在不同的設(shè)計(jì)溫度下應(yīng)變量超過15%或10%時(shí)需要進(jìn)行固溶處理，并對(duì)固溶溫度的下限（≥1095℃）提出了要求，但固溶溫度變化范圍較大。本文研究的主要目的就是通過試驗(yàn)確定S30432不銹鋼最佳的固溶溫度，以期獲得良好的綜合性能。

2 試樣制備和試驗(yàn)方法

（1）試驗(yàn)材料 鋼管UNS標(biāo)號(hào)S30432，規(guī)格φ45mm×9.6mm。

（2）母材試樣制備 鋼管S30432φ45mm×9.6mm、L=250mm，下料數(shù)量1根，沿管子縱向?qū)A周10等分，再按SA-370圓形與標(biāo)準(zhǔn)試樣成比例拉伸加工成公稱直徑為6.25mm（0.25in）的成比例試樣，數(shù)量為10根（用3根，備用7根）。

鋼管S30432φ45mm×9.6mm、L=10mm，下料數(shù)量3根（硬度+晶粒度試樣）。

（3）固溶試樣制備 鋼管S30432φ45mm×9.6mm、L=250mm，下料數(shù)量3根，整管由L=250mm拉伸變形至L=287.5mm（應(yīng)變量=15%）。

拉伸變形后取其中1根按如下尺寸下料：S30432φ45mm×9.6mm、L=10mm，下料數(shù)量18根（硬度+晶粒度試樣）；取其中另2根按如下要求下料：沿管子縱向?qū)A周10等分，下料數(shù)量20根（拉伸試樣）。

將上述試樣組成6組，每組包括拉伸試樣3個(gè)、硬度+晶粒度試樣3個(gè)，按表1確定的溫度固溶熱處理并快速水冷。

表1 S30432不銹鋼固溶熱處理

將固溶拉伸試樣按SA-370圓形與標(biāo)準(zhǔn)試樣成比例拉伸試樣加工成公稱直徑為6.25mm（0.25in）的試樣，數(shù)量18根。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 母材試樣測(cè)定

原始母材試樣測(cè)定：抗拉強(qiáng)度（10個(gè)）、屈服強(qiáng)度（10個(gè)）、伸長(zhǎng)率（10個(gè)）、斷面收縮率（10個(gè)）、硬度（3個(gè)）、晶粒度（3個(gè)），測(cè)定結(jié)果見表2。

表2 S30432不銹鋼原始母材性能

3.2 固溶試樣測(cè)定

固溶試樣共有6組，每組固溶試樣測(cè)定：抗拉強(qiáng)度（3個(gè)）、屈服強(qiáng)度（3個(gè)）、伸長(zhǎng)率（3個(gè)）、斷面收縮率（3個(gè)）、硬度（3個(gè)）、晶粒度（3個(gè)），測(cè)定結(jié)果見表3。

表3 S30432不銹鋼固溶試樣性能

3.3 母材及固溶試樣對(duì)比分析

本試驗(yàn)采用多指標(biāo)綜合量化評(píng)估法[1]，以原始母材試樣測(cè)定的均值數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，將固溶試樣的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、斷面收縮率、硬度、晶粒度的均值與母材對(duì)應(yīng)均值數(shù)據(jù)對(duì)比分析，各項(xiàng)偏差數(shù)據(jù)見表4。以試驗(yàn)組號(hào)為X軸，以表4中的總分值為Y軸，做固溶熱處理試樣性能分值曲線，如圖1所示。

表4 固溶試樣的均值與原始母材的偏差

以原始母材的各項(xiàng)綜合性能為最優(yōu)作為分析基礎(chǔ)，原始母材經(jīng)過彎曲或拉伸變形、固溶熱處理等加工過程后，最終恢復(fù)至與原始母材總偏差值為最小時(shí)的固溶熱處理溫度，認(rèn)為是最佳的固溶熱處理溫度。從圖1可見，S30432不銹鋼在1100～1160℃固溶熱處理時(shí)，分值曲線處于較小區(qū)域，試樣的綜合性能較佳。固溶熱處理溫度在1120℃時(shí)，分值曲線最小，其試樣綜合性能最佳。當(dāng)固溶熱處理溫度超過1120℃后，隨固溶熱處理溫度的遞增，其綜合性能逐漸緩慢地變差；當(dāng)固溶熱處理溫度超過1160℃后，分值曲線快速上揚(yáng)，其綜合性能迅速惡化，固溶熱處理溫度在1180℃時(shí)，其試樣綜合性能最差。綜上所述，S30432不銹鋼最佳的固溶熱處理溫度為1120℃，不宜超過1160℃。

圖1 固溶熱處理試樣性能分值曲線

ASME CODE CASE 2328-2中提出，S30432不銹鋼的熱處理規(guī)則可與TP347H不銹鋼相同[2]，目前TP347H不銹鋼普遍采用的固溶溫度為1175℃，接近S30432不銹鋼性能最差的1180℃溫度區(qū)域。如果采用此固溶溫度應(yīng)用于S30432不銹鋼，彎頭的性能是較差的，故S30432不銹鋼的固溶熱處理應(yīng)區(qū)別于TP347H不銹鋼。

4 結(jié)束語

1）S30432奧氏體不銹鋼最佳的固溶熱處理溫度為1120℃，不宜超過1160℃。

2）S30432奧氏體不銹鋼的固溶熱處理溫度不宜與TP347H奧氏體不銹鋼完全等同。