13Cr13Mo马氏体型耐热钢成分 及热处理工艺设计

攀枝花学院本科课程设计

13Cr13M o马氏体型耐热钢成分及热处理工艺设计

学生姓名：雷锋

学生学号：200111103007

院（系）：资源与环境工程学院

年级专业2011级冶金工程

指导教师：陈绿英

助理指导教师：

2014年6 月3日

攀枝花学院教务处制

攀枝花学院学生课程设计(论文摘要

摘要

马氏体耐热钢是一种具有热强性的耐热钢，其中C和Cr含量较高，通常含铬量为10-13%，可以通过弥散强化机理例如第二相获得蠕变强度高的马氏体耐热钢，少量的镍、钼、钒等合金元素来进行合金化处理，铬、硅主要提高钢的抗氧化性，而镍、钼、钨、钒、锰等则用以提高钢的高温强度。典型钢号13Cr13Mo、4Cr9Si2等，多用于制造汽轮机叶片、发动机排气阀等；

本文从马氏体耐热钢的成分、热处理工艺等方面做了简单介绍。

关键词马氏体耐热钢，热处理工艺,成分，工艺

目录

摘要 ....................................................................................................................I

1 绪论 (1)

2 13Cr13Mo马氏体耐热钢及化学成分 (2)

2.1 13Cr13Mo马氏体耐热钢的化学成分 (2)

2.2 化学元素对13Cr13Mo马氏体耐热钢热处理的影响 (2)

2.2.1 碳的作用 (2)

2.2.2 铬的作用 (2)

2.2.3 镍的作用 (2)

2.2.4 硅的作用 (2)

2.2.5 钼和钨的作用 (2)

3 热处理工艺制度 (3)

3.1 热处理工艺参数 (3)

3.2 热处理工艺流程 (3)

结论 (5)

参考文献 (6)

1 绪论

马氏体耐热钢在火力发电厂中的应用比较普遍，一般多用于主蒸汽、高压旁路、再热蒸汽热段、导汽管等高温蒸汽管道和锅炉本体过热器、再热器、连通管等部件，汽轮机叶片也大多采用马氏体耐热钢。特别是进入21 世纪，T/P91、T/P92 等新型马氏体耐热钢引入我国以后，使其应用更加广泛。

传统的低铬系列和铬钼系列电站锅炉用钢，其工作温度和高温强度比较低，不能适应现代电站中高温高压部件的需要。在机组提高了运行参数之后，若仍用原来的几种耐热钢，设计受压件的计算壁厚将显著增加，大大增加钢材的用量和受压件的重量，增加电站锅炉的造价，增加高温运行的热应力，给电站锅炉的安全运行带来危害。因此，必须开发新型耐高温高压、抗腐蚀的电站锅炉用钢，这就是要在现代电站锅炉中大量采用综合性能优良的高铬马氏体耐热钢的根本原因。

攀枝花学院学生课程设计(论文) 2 13Cr13Mo马氏体耐热钢及化学成分

2 13Cr13Mo马氏体耐热钢及化学成分

2.1 13Cr13Mo马氏体耐热钢的化学成分

碳 C ：0.08～0.18硅Si：≤0.60

锰Mn：≤1.00

硫S ：≤0.030

磷P ：≤0.035

铬Cr：11.50～14.00

镍Ni：允许含有≤0.60

钼Mo：0.30～0.60

2.2 化学元素对13Cr13Mo马氏体耐热钢热处理的影响

2.2.1 碳的作用

碳能强化钢，在较低温度时，钢的蠕变主要是以滑移为主，碳有强化作用；在较高温度下，钢的蠕变是以扩散塑性变形为主，而碳促进了铁原子的自扩散，所以起了不利的作用。

2.2.2 铬的作用

在耐热钢中,元素Cr不但能够改善钢的抗氧化性和淬透性,而且若其含量合适,对钢的高温蠕变强度也有重要贡献。

2.2.3 镍的作用

元素Ni具有固溶强化作用。主要是为了获得工艺良好的奥氏体组织而加入。

2.2.4 硅的作用

Si一般作为提高钢抗氧化性的辅助元素加入耐热钢中，其效果比Al还要有效。

2.2.5 钼和钨的作用

Mo, W在钢中主要有两种存在形式，是高熔点金属，进入固溶体后能提高钢基体的高温强度。另外也能析出较稳定的碳化物是钢的高温强度提高。

3 热处理工艺制度

3.1 热处理工艺参数

退火,830～900℃缓冷或约750℃快冷;淬火,970～1020℃油冷; 回火,650～750℃快冷。

马氏体耐热钢一般在1000℃以上加热淬火，以保证所有碳化物固溶与金属元素的有效利用然后空冷或油冷。回火温度根据工件工作温度及性能要求选用，一般高于使用温度100℃，并应避开400~600℃回火脆性区，回火后采用空冷或油冷。

3.2 热处理工艺流程

马氏体耐热钢不同工艺热处理的组织性能研究表明，正火(1020～1070℃×1 h)+回火(760℃×2 h)或高温退火(1050℃×1 h)+回火(760℃×2 h)工艺热处理后的组织为板条马氏体，硬度在CSN 417134—1977要求范围内；等温退火(1050℃×1 h —670℃、750℃、870℃)+回火(760℃×2 h)工艺热处理后的组织为板条马氏体+珠光体，硬度在标准要求范围内；不完全退火(850℃、870℃)工艺热处理后会得到深浅二区域组织，其中深色区域为颗粒状珠光体，浅色区域为铁素体+碳化物，并且试样的硬度低于标准要求的下限值。

试样经正火、高温退火和等温退火后均得到马氏体组织，随着冷却速度降低，组织中出现沿晶界分布的颗粒状珠光体、马氏体板条宽度增大；

随着正火温度升高，晶粒长大，碳化物溶解充分，高温奥氏体的稳定性增加；

750℃等温退火后的金相组织中存在少量自由铁素体，而670℃与870℃的等温退火和高温退火后的金相组织中均没有自由铁素体，表明CSN 17134钢高温奥氏体化后随后缓冷不易生成自由铁素体，而在两相区等温有可能生成自由铁素体，如试样R8；

不完全退火工艺均得到深浅二区域组织，深色区域为颗粒状珠光体，浅色区域为铁素体+碳化物。随着不完全退火温度升高、保温时间延长，碳化物颗粒尺寸变大。

12％Cr型马氏体耐热钢CSN 17134(X20CrMoVl21)经正火(1 020～1 070℃×1 h)+回火(760℃X 2 h)或高温退火(1 050℃×1 h)+回火(760℃X2 h)工艺热处理后，组织为板条马氏体，硬度在CSN 417134—1977要求范围内；经等温退火(1 050℃×1 h一670℃、750℃、870℃)+回火(760℃X 2 h)工艺热处理后，组织为板条马氏体+珠光体，硬度在CSN 417134—1977要求范围内；经不完全退火(850℃、870℃)工艺执热处理后，会得到深浅二区域组织其中深色区域为颗粒状