热处理对 10Cr11Co3W 3NiMoVNbNB耐热钢力学性能的影响

王天剑 刘禹炯

（东方汽轮机有限公司， 四川 德阳， 618000）

热处理对 10Cr11Co3W 3NiMoVNbNB耐热钢力学性能的影响

王天剑 刘禹炯

（东方汽轮机有限公司， 四川 德阳， 618000）

研究了不同的热处理工艺对超超临界机组用 10Cr11Co3W 3NiMoVNbNB 耐热钢性能的影响。 结果表明： 在1100℃淬火， 600～700℃回火， 随着回火温度的升高， 其抗拉强度和屈服强度明显下降， 韧性提高。 在 1080～1120℃淬火，680℃回火时， 随着淬火温度的提高， 材料的持久性能提高。

耐热钢；热处理；力学性能

1 前言

10Cr11Co3W 3NiMoVNbNB （ 以 下 简 称 ：Co3W3） 耐热钢是超超临界参数机组的 12Cr 材料，主要用于高温段螺栓、螺母、叶片以及其他高温零部件等， 使用温度上限可达 630℃。 该材料具有高的屈服强度、足够高的持久强度、韧性和抗氧化性。目前，关于不同的热处理制度对该材料性能的影响还没有进行系统和详细的研究。本文系统地研究了不同的淬火和回火制度对材料常温力学性能和高温持久性能的影响。

2 试验方法

2.1 试验材料

试验材料选用直径为 100mm 的热轧退火态Co3W3 棒材。 冶炼工艺为： 电炉冶炼加电渣重熔。试验材料的化学成分如表1所示。

2.2 试验方法

将 Φ100mm 的圆钢锯成高度为 150mm 的四分之一圆柱作为热处理试验毛坯。不同条件下的调质热处理在以下设备中进行：

淬火： GL-1700 型试验电炉

回火： SX2-2.5-12 箱式试验电炉

试验毛坯完成调质热处理后，加工成标准力学性能试棒和持久试样。分别在万能试验机和高温蠕变持久试验机上进行常规力学性能和高温持久试验。

表1 试验材料的化学成分

3 试验结果

3.1 不同回火温度对材料力学性能的影响

回火温度的高低对材料的室温力学性能有较大的决定作用， 因此第一次试验首先选择 1100℃作为材料的淬火热处理保温温度， 保温时间为 2h，油冷。 回火温度分别选为 550℃， 600℃， 650℃，700℃， 750℃， 保温时间为 4h， 空冷。 图1、 图2为不同的回火温度对材料室温力学性能的影响。从图1可以看出，随着回火温度的上升，材料的抗拉强度和屈服强度有较为明显的下降，而冲击功则明显上升。 在 550℃和 600℃回火时， 材料的冲击功均低于 10J， 在 750℃回火时， 屈服强度低于 690MPa。

第二次试验淬火温度仍为 1100℃， 保温时间为 2h， 油冷。 回火温度分别为 600℃， 630℃，650℃， 680℃， 700℃， 保温时间延长为 6h， 空冷。 图3、 图4为回火温度对材料力学性能的影响。 从图3可以看出， 将回火时间延长至 6h后，材料在 650℃左右的冲击功最大。 但从图4 还可以明显看到， 材料的延伸率均在 13%～15%之间。 图5 为回火温度对材料硬度的影响， 600～650℃回火时， 材料的硬度下降速度较快， 650～700℃回火时，材料的硬度下降速度较为缓慢。

图1 不同回火温度 （保温时间 4h） 对材料强度和冲击功的影响

图2 不同回火温度 （保温时间 4h） 对材料延伸率和断面收缩率的影响

图3 不同回火温度 （保温时间 6h） 对材料强度和冲击功的影响

图4 不同回火温度 （保温时间 6h） 对材料延伸率和断面收缩率的影响

图5 不同回火温度 （保温时间 6h） 对材料硬度的影响

3.2 不同淬火温度对材料持久强度的影响

将 材 料 的 持 久 试 验 条 件 设 置 为 660℃ ，275MPa。 在保持回火温度 660℃不变的情况下，通过调整淬火温度，研究淬火温度对材料持久强度的影响。 图6 为 1080～1140℃淬火， 660℃回火6h后材料的持久断裂时间。 从图中可以明显地看出，随着淬火温度的提高，材料的持久断裂时间呈上升趋势。 在 1130℃和 1140℃淬火， 660℃回火后， 材料的持久断裂时间均大于 100h。

图6 不同淬火温度对材料持久断裂时间的影响

表2是不同温度淬火后，材料的常规力学性能。从表2可以看出，回火温度一定后，淬火温度对材料常规力学性能的影响不大。图7是材料在 1130℃和 1140℃淬火， 660℃回火后的金相组织， 晶粒度为 4～5 级。

表2 不同淬火温度下材料的室温力学性能

图7 金相组织图

4 结论

（1） 耐热钢在 1100℃淬火， 600～700℃回火，随着回火温度上升，其抗拉强度和屈服强度明显下降，韧性提高。

（2） 在 1080～1120℃淬火， 680℃回火时， 随着淬火温度的提高，材料的持久性能提高。

［1］ KouichiM,Kota S,Junichi K.Strengthening mechanism s of creep resistant tempered martensitic steel ［J］.ISIJ International,2001,41(6):641-653

Effects of Heat Treatm ent on Mechanical Properties of 10Cr11Co3W 3NiMoVNbNB Heat-resisting Stee l

Wang Tianjian， Liu Yujiong
（Dongfang Turbine Co.,Ltd.Deyang Sichuan 618000）

The effects on mechanical properties of 10Cr11Co3W 3N iM oVNbNB heat-resisting steel used different heat treatment processare studied.The results show that the tensile strength and yield strength decrease apparently but the toughness increasesw ith the increase of tempering tem perature,w hen quenching at 1100℃ and tem pering at 600～700℃.W hen quenching at 1080～1120℃and tempering at680℃,w ith the increase of quenching temperature,the stress-rupture property is improving.

heat-resisting steel,heat treatment,mechanical property

王天剑 （1984-）， 男， 主要从事汽轮机新材料研发， 失效分析等工作。