固溶处理工艺对HR3C奥氏体耐热钢组织和性能的影响

　HR3C钢是住友公司开发的一种奥氏体耐热钢，具有优良的抗氧化、耐腐蚀性能以及良好的持久强度，是超（超）临界火电机组锅炉过热器和再热器管的优良材料。固溶热处理工艺是HR3C钢管制造中的重要工序，决定了钢管的组织状态和性能。目前，对该钢管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上，缺乏固溶态钢管在高温服役过程中（时效态）组织和性能的相关报道。为此，本项目研究了不同固溶工艺处理对固溶态和时效态HR3C钢显微组织和力学性能的影响，期望能为该钢的国产化及实际应用提供依据。

　　试验材料为冷轧态HR3C钢管，其化学成分（质量分数/%）为0.057C，0.29Si，1.18Mn，20.90Ni，25.11Cr，0.48Nb，0.22N。将钢管沿长度方向线切割成长条状试样，取部分试样分别在1150～1300℃下进行30min的固溶处理，以研究固溶温度对试验钢组织和性能的影响；将余下的试样分别在1200，1230，1250℃进行保温时间为5～60min的固溶处理，以研究固溶时间对试验钢组织和性能的影响。分别对在1200，1230，1250℃固溶30min以及在1250℃固溶60min的试样在700℃进行时效处理，时效时间为10，100，300，1000，6000h。

　　对不同热处理状态的试验钢进行力学性能测试和显微组织分析，按GB/T4338-2006《金属材料高温拉伸试验方法》进行700℃的短时高温拉伸试验，高温拉伸试样为Φ5mm的圆棒，拉伸速度为0.25～2.5mm·min-1；利用化学相分析法对析出相进行定量分析；采用Olympus GX51型光学显微镜、Hitachi S-4300扫描电镜（SEM）及H-800型透射电镜（TEM）观察显微组织及析出相的分布特征，金相试样所用腐蚀液由5g CuCl2、30mLHCl、30mLH2O和25mL无水酒精组成。

　　结果表明：试验钢在1150～1200℃固溶处理30min后的晶粒尺寸变化不大，超过1200℃后晶粒明显长大；保温时间对晶粒尺寸无明显影响；随固溶温度的升高和保温时间的延长，时效后钢中一次析出相的尺寸变小、数量减少；在700℃的时效过程中，M23C6相沿晶界析出。二次析出的Z相弥散分布在晶内，尺寸在100nm以下，时效时间超过1000h后M23C6相明显粗化，Z相的尺寸变化不大，但数量不断增多，在长时时效过程中起到显著的析出强化作用；随初始固溶温度的升高和保温时间的增长，相对应的长时时效态的高温屈服强度明显提高。