本發(fā)明涉及材料工程領(lǐng)域，具體而言，涉及一種用于增加TP347HFG鋼中片狀碳化鈮數(shù)量的方法。

背景技術(shù)：

隨著發(fā)電技術(shù)的進(jìn)步，發(fā)電機(jī)組的溫度越來(lái)越高，超超臨界機(jī)組對(duì)所用材料提出了越來(lái)越高的要求，TP347HFG鋼管是用于超超臨界發(fā)電機(jī)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(qiáng)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(wěn)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(shí)效過(guò)程中析出的細(xì)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(xì)小的碳化鈮。

但是現(xiàn)有技術(shù)中，TP347HFG鋼在冶煉后的澆注過(guò)程中，當(dāng)溫度低于液相線溫度時(shí)，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(jīng)過(guò)均勻化退火、軋制和常規(guī)固溶處理后，部分液析碳化鈮雖然轉(zhuǎn)化為細(xì)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(duì)鋼的高溫性能會(huì)產(chǎn)生不利影響，限制了TP347HFG鋼材料的進(jìn)一步應(yīng)用。

有鑒于此，特提出本發(fā)明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種用于增加TP347HFG鋼中片狀碳化鈮數(shù)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(jìn)行固溶處理，破碎后的大塊液析碳化鈮由于呈現(xiàn)凸面，曲率半徑較小，會(huì)溶解在奧氏體中，使奧氏體中的鈮和碳達(dá)到飽和，然后隨爐冷卻到時(shí)效溫度進(jìn)行時(shí)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(xù)軋制前雖然也會(huì)加熱進(jìn)行固溶處理，使奧氏體中的鈮和碳達(dá)到飽和，但此過(guò)程中大塊液析碳化鈮依然呈現(xiàn)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(huì)完全溶解而被保留下來(lái)。如果進(jìn)一步進(jìn)行循環(huán)固溶與時(shí)效處理，則由于固溶過(guò)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(shí)效過(guò)程中的長(zhǎng)大速度卻與液析碳化鈮的相當(dāng)，從而使得循環(huán)過(guò)程中晶界上的片狀碳化鈮逐漸長(zhǎng)大，而液析大塊的碳化鈮逐漸變小。最終通過(guò)本發(fā)明這種固溶-時(shí)效的循環(huán)處理能在晶界上獲得片狀的碳化鈮。在后續(xù)穿管和軋制過(guò)程中，晶界上片狀的碳化鈮破碎成細(xì)小的碳化鈮顆粒，對(duì)鋼的高溫性能有益，同時(shí)大塊液析碳化鈮變小也有利于改善鋼的高溫性能。

為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，特采用以下技術(shù)方案：

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

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

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

TP347HFG鋼依靠細(xì)小均勻分布的碳化鈮獲得優(yōu)異的高溫性能，現(xiàn)有技術(shù)中，TP347HFG鋼中的液析碳化鈮在軋制過(guò)程中破碎，在固溶處理過(guò)程中進(jìn)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(duì)鋼的高溫性能有有害影響，而且由于減少了細(xì)小均勻分布的碳化鈮的數(shù)量，也會(huì)對(duì)鋼的高溫性能產(chǎn)生不利影響。

本發(fā)明為了解決以上問(wèn)題，提供了一種用于增加TP347HFG鋼中片狀碳化鈮數(shù)量的方法，該方法通過(guò)加熱保溫固溶-冷卻保溫時(shí)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(zhǎng)大，而液析的大塊碳化鈮逐漸變小，在后續(xù)穿管和軋制過(guò)程中，晶界上片狀的碳化鈮破碎成細(xì)小的顆粒，更有利于提高鋼的高溫性能。

在后續(xù)軋制過(guò)程中伴隨有奧氏體的動(dòng)態(tài)回復(fù)再結(jié)晶過(guò)程，在動(dòng)態(tài)回復(fù)再結(jié)晶階段，奧氏體晶粒會(huì)長(zhǎng)大，甚至?xí)霈F(xiàn)異常長(zhǎng)大，從而對(duì)鋼的性能產(chǎn)生不利影響。晶界上的片狀碳化鈮破碎成細(xì)小的碳化鈮顆粒后，能夠阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大，顯然細(xì)小碳化鈮顆粒的數(shù)量越多，阻止效果越好，從而得到更加細(xì)小的奧氏體晶粒，進(jìn)而改善鋼的高溫性能。

另外，固溶、時(shí)效的溫度以及保溫時(shí)間這些參數(shù)需要控制適宜，因?yàn)槿绻麥囟忍呖赡軙?huì)對(duì)鋼的性能產(chǎn)生不利影響，尤其是高溫條件下鋼中可能會(huì)出現(xiàn)晶界溶化現(xiàn)象，因此需要嚴(yán)格控制加熱溫度，只要達(dá)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(zhǎng)大的目的即可，固溶的溫度與時(shí)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(shí)效步驟最好循環(huán)重復(fù)多次，因此比較優(yōu)選的方案為：循環(huán)重復(fù)所述步驟(A)-(B)中的固溶-時(shí)效步驟多次后，最后進(jìn)行固溶處理后，再出爐進(jìn)行穿管及后續(xù)軋制。

更優(yōu)的，循環(huán)重復(fù)的次數(shù)為2-3次。

最優(yōu)的，循環(huán)重復(fù)的次數(shù)為3次。一般循環(huán)重復(fù)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(guò)程中不會(huì)完全溶解在奧氏體中，能夠穩(wěn)定地存在，從而確保具有改善TP347HFG高溫性能的效果。并通過(guò)控制固溶-析出循環(huán)次數(shù)，以達(dá)到控制晶界析出的碳化鈮的大小之目的。

在本發(fā)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(shí)間最好為2-2.5h之間，更優(yōu)的為，固溶處理的溫度為1270℃，處理時(shí)間為2h。

步驟(B)中，時(shí)效處理的溫度最好控制在990-1000℃之間，時(shí)間最好為2-2.5h之間。更優(yōu)的，時(shí)效處理的溫度為1000℃，時(shí)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(shí)間最好在2-2.5h之間，更優(yōu)的，固溶處理的溫度為1270℃，固溶時(shí)間為2h。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

(1)本發(fā)明提供的增加TP347HFG鋼中片狀碳化鈮數(shù)量的方法，通過(guò)固溶-時(shí)效的循環(huán)處理能在晶界上獲得片狀的碳化鈮，在后續(xù)穿管和軋制過(guò)程中，晶界上片狀的碳化鈮破碎成細(xì)小的碳化鈮顆粒，能夠阻止奧氏體晶粒在再結(jié)晶過(guò)程中長(zhǎng)大，更有利于提高鋼的高溫性能；

(2)采用本發(fā)明的方法能夠降低鋼管的廢品率，從而降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品合格率，創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟(jì)效益，該方法適合廣泛推廣應(yīng)用；

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

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，以下將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹。

圖1為采用本發(fā)明實(shí)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(jīng)過(guò)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(xì)小白色的是片狀碳化鈮；

圖2為采用本發(fā)明實(shí)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(jīng)過(guò)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(xì)小白色的是片狀碳化鈮；

圖3-4為采用本發(fā)明實(shí)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(jīng)過(guò)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(xì)小白色的是片狀碳化鈮；

圖5-6為采用本發(fā)明實(shí)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(jīng)過(guò)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(xì)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(jīng)過(guò)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(méi)有細(xì)小白色的片狀碳化鈮。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，下列實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而不應(yīng)視為限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例中未注明具體條件者，按照常規(guī)條件或制造商建議的條件進(jìn)行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過(guò)市售購(gòu)買(mǎi)獲得的常規(guī)產(chǎn)品。

實(shí)施例1

增加TP347HFG鋼中片狀碳化鈮數(shù)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(shí)效，再加熱到1300℃保溫2h固溶，出爐。

尚未進(jìn)行穿管以及后續(xù)軋制；

如附圖1所示，圖1是采用本發(fā)明實(shí)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(xì)線狀，可見(jiàn)雖然晶界上有片狀碳化鈮析出，但數(shù)量不是很多。

實(shí)施例2

增加TP347HFG鋼中片狀碳化鈮數(shù)量的方法，步驟如下：

兩次循環(huán)處理：本實(shí)施例是在TP347HFG鋼坯均勻化退火和軋制成圓鋼后進(jìn)行的；

第一次循環(huán)：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(shí)效；

第二次循環(huán)：3)升溫到1200℃保溫3h固溶；

4)降溫冷卻至1100℃，保溫1h時(shí)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(jìn)行穿管以及后續(xù)軋制。

如附圖2所示，圖2是采用本發(fā)明實(shí)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(xì)線狀，可見(jiàn)晶界上有較多的碳化鈮析出，數(shù)量明顯增多。

實(shí)施例3

增加TP347HFG鋼中片狀碳化鈮數(shù)量的方法，步驟如下：

三次循環(huán)處理：本實(shí)施例是在TP347HFG鋼坯均勻化退火和軋制成圓鋼后進(jìn)行的；

第一次循環(huán)：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(shí)效；

第二次循環(huán)：3)升溫到1280℃保溫2h固溶；

4)降溫冷卻至1000℃，保溫2h時(shí)效；

第三次循環(huán)：5)升溫到1280℃保溫2h固溶；

6)降溫冷卻至1000℃，保溫2h時(shí)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(jìn)行穿管以及后續(xù)軋制。

如附圖3和圖4所示，圖3和圖4是采用本發(fā)明實(shí)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(xì)線狀，可見(jiàn)晶界上有較多的碳化鈮析出，數(shù)量明顯增多，這表明晶界上析出的碳化鈮在固溶處理過(guò)程中不會(huì)完全溶解在奧氏體中，能夠穩(wěn)定地存在，從而確保具有改善TP347HFG高溫性能的效果。

實(shí)施例4

增加TP347HFG鋼中片狀碳化鈮數(shù)量的方法，步驟如下：

三次循環(huán)處理：本實(shí)施例是在TP347HFG鋼坯均勻化退火和軋制成圓鋼后進(jìn)行的；

第一次循環(huán)：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(shí)效；

第二次循環(huán)：3)升溫到1270℃保溫2.5h固溶；

4)降溫冷卻至1000℃，保溫2h時(shí)效；

第三次循環(huán)：5)升溫到1270℃保溫2h固溶；

6)降溫冷卻至1000℃，保溫2.5h時(shí)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(jìn)行穿管以及后續(xù)軋制。

如附圖5-6所示，圖5-6采用本發(fā)明實(shí)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(xì)線狀，可見(jiàn)晶界上有較多的碳化鈮析出，數(shù)量明顯增多，這表明晶界上析出的碳化鈮在固溶處理過(guò)程中不會(huì)完全溶解在奧氏體中，能夠穩(wěn)定地存在，從而確保具有改善TP347HFG高溫性能的效果。

實(shí)施例5

增加TP347HFG鋼中片狀碳化鈮數(shù)量的方法，步驟如下：

三次循環(huán)處理：本實(shí)施例是在TP347HFG鋼坯均勻化退火和軋制成圓鋼后進(jìn)行的；

第一次循環(huán)：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(shí)效；

第二次循環(huán)：3)升溫到1260℃保溫2h固溶；

4)降溫冷卻至1000℃，保溫2h時(shí)效；

第三次循環(huán)：5)升溫到1260℃保溫2h固溶；

6)降溫冷卻至990℃，保溫2h時(shí)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(jìn)行穿管以及后續(xù)軋制。

實(shí)施例6

增加TP347HFG鋼中片狀碳化鈮數(shù)量的方法步驟如下：

三次循環(huán)處理：本實(shí)施例是在TP347HFG鋼坯均勻化退火和軋制成圓鋼后進(jìn)行的；

第一次循環(huán)：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(shí)效；

第二次循環(huán)：3)升溫到1270℃保溫2.5h固溶；

4)降溫冷卻至1000℃，保溫1.5h時(shí)效；

第三次循環(huán)：5)升溫到1270℃保溫2h固溶；

6)降溫冷卻至1000℃，保溫2.5h時(shí)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(jìn)行穿管以及后續(xù)軋制。

實(shí)施例7

增加TP347HFG鋼中片狀碳化鈮數(shù)量的方法步驟如下：

三次循環(huán)處理：本實(shí)施例是在TP347HFG鋼坯均勻化退火和軋制成圓鋼后進(jìn)行的；

第一次循環(huán)：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(shí)效；

第二次循環(huán)：3)升溫到1270℃保溫1.5h固溶；

4)降溫冷卻至1000℃，保溫2h時(shí)效；

第三次循環(huán)：5)升溫到1270℃保溫3h固溶；

6)降溫冷卻至1000℃，保溫2.5h時(shí)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(jìn)行穿管以及后續(xù)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(jìn)行穿管以及后續(xù)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(méi)有析出的片狀碳化鈮。

本發(fā)明的用于增加TP347HFG鋼中片狀碳化鈮(NbC)數(shù)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(xiàn)凸面，曲率半徑較小，會(huì)溶解在奧氏體中達(dá)到飽和，然后隨爐冷卻時(shí)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(xù)軋制時(shí)讓大塊液析碳化鈮繼續(xù)溶解在奧氏體中以達(dá)到飽和，然而在這些后續(xù)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(huán)加熱時(shí)的溶解速度要比大塊的液析碳化鈮的慢很多，循環(huán)冷卻時(shí)的長(zhǎng)大速度卻與液析碳化鈮的相當(dāng)，這樣循環(huán)過(guò)程中晶界上的片狀碳化鈮逐漸長(zhǎng)大，而液析大塊的碳化鈮逐漸變小，最終通過(guò)本發(fā)明這種固溶-時(shí)效的循環(huán)處理能在晶界上獲得片狀的碳化鈮，在后續(xù)穿管和軋制過(guò)程中，晶界上片狀的碳化鈮破碎成細(xì)小的碳化鈮顆粒，更有利于提高鋼的高溫性能。

總之，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

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

(2)采用本發(fā)明的方法能夠降低鋼的廢品率，從而降低生產(chǎn)成本，并創(chuàng)造一定的經(jīng)濟(jì)效益，可見(jiàn)該方法適合廣泛推廣應(yīng)用；

(3)本發(fā)明的增加TP347HFG鋼中片狀碳化鈮數(shù)量的方法具有方法簡(jiǎn)單易于操作，前后步驟銜接緊密，操作條件溫和等優(yōu)點(diǎn)，發(fā)明人也是通過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)最終采取的較優(yōu)的路線。

盡管已用具體實(shí)施例來(lái)說(shuō)明和描述了本發(fā)明，然而應(yīng)意識(shí)到，在不背離本發(fā)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(quán)利要求中包括屬于本發(fā)明范圍內(nèi)的所有這些變化和修改。