固溶温度对NF709奥氏体耐热钢微观组织和力学性能的影响

　　NF709钢是新日铁公司开发的一种新型奥氏体耐热钢，高温下具有优良的抗氧化和耐腐蚀能力，以及良好的持久强度[1]，是目前超(超)临界火电机组锅炉过热器和再热器管的优良材料[2]。NF709钢管的最终热处理工艺(固溶处理)是钢管制造过程中的重要工序，决定了钢管最终的组织状态和性能。目前，固溶处理工艺的研究多集中在固溶态的微观组织和力学性能[3-4]，而对固溶处理后高温服役过程中(时效态)的影响缺乏报道。为此，本文作者研究了不同温度(1100～1250℃)固溶处理对固溶态和时效态NF709钢微观组织和力学性能的影响，为该钢的国产化及实际应用提供依据。

　　1 试验材料及方法

　　试验钢采用25kg真空感应炉冶炼，锻成Φ15mm棒材，化学成分和ASME CC2581标准范围列于表1。用箱式电阻炉对试样进行固溶处理，固溶温度分别为1100、1150、1200和1250℃ ，保温20min后水冷。将4个度固溶处理后的试样进行700℃等温时效，时效时间为 10、100、300、1000和3000h。对不同热处理状态的钢进行力学性能测试和显微组织分析，按GB 231—2009《金属布氏硬度试验方法》进行室温布氏硬度试验，试验压头为硬质合金球，按GB/T4338—2006《金属材料高温拉伸试验方法》进行700℃短时高温拉伸试验，金相试样采用5gCuCl₂+30mL HCl+30mL H₂O+25mL无水酒精混合液腐蚀; 采用Olympus GX51型光学金相显微镜、Hitachi S-4300扫描电镜(SEM)及H-800型透射电镜(TEM)观察显微组织形貌及析出相分布特征。

　　2 试验结果及分析

　　2.1 固溶温度对力学性能的影响

　　图1为NF709钢不同温度固溶处理后的力学性能，可以看出硬度随固溶温度的升高而降低，在1100～1200℃区间，硬度下降较快，由207.6HBW下降到175 HBW，下降了15.2%; 1200 ～1250℃区间，硬度基本不变。700℃高温强度随固溶温度的升高呈缓慢下降的趋势，1100～1200℃温区下降较明显，1200～1250℃温区基本不变。硬度和强度随固溶处理温度的变化趋势基本相同。

　　2.2 固溶温度对组织的影响

　　NF709钢不同固溶温度下的显微组织如图2所示。经1100℃×20min固溶处理后，晶粒大小不均，仍保持锻造态的混晶组织(见图2(a))。固溶温度超过1150℃，晶粒尺寸明显增大，1150℃×20min固溶处理后，再结晶完全，并出现大量孪晶组织，平均晶粒尺寸80～100μm(见图2(b)); 1200℃和1250℃固溶时，晶粒进一步长大，形成粗大的等轴晶，晶粒尺寸150～200μm，得到均匀的奥氏体组织。图3表明，钢中存在大量颗粒状的一次析出相，尺寸约几微米，能谱显示主要为富Nb、Cr析出相，还有微量的Ti，成分表明这些析出相为Z相(NbCrN)和MX相(Nb、Ti)(C、N)[5]。同时，1250℃固溶时析出相数量和尺寸均明显比1100℃固溶时减小，说明随固溶温度的升高，钢中的一次析出相逐渐溶解到基体中，固溶效果显著。这与王敬忠[2]等人在HR3C钢中得到的结果是一致的。