新型T23无缝钢管热处理工艺试验研究

赵庆权，曹金荣，肖功业，何 彪

（天津钢管集团股份有限公司技术中心，天津300301）

新型T23无缝钢管热处理工艺试验研究

赵庆权，曹金荣，肖功业，何 彪

（天津钢管集团股份有限公司技术中心，天津300301）

分析研究了热处理工艺对新型T23无缝钢管组织性能的影响。结果表明，在试验温度范围内，随着奥氏体化温度提高，硬度总体缓慢增加，晶粒长大，奥氏体化温度升高到1 050℃、30 min时，晶粒度达到理想的7～7.5级；随回火温度升高，强度、硬度均缓慢下降，但在770℃温度以后，组织性能已趋于相对稳定。因此，最佳热处理工艺为：1 050℃保温30 min正火，770℃保温120 min回火，可得到最佳的综合性能与组织状态。

T23无缝钢管；热处理工艺；性能；试验

1 引言

T23钢（ASME Code Case 2199）是住友金属和三菱重工联合开发的一种新型电站锅炉用钢，20世纪90年代后期开始在欧洲及日本多台亚临界、超临界甚至超超临界火电机组上得到应用。该钢汲取我国研制的102钢“多元复合强化”理论，加入合金元素Mo、W增强固溶强化和复合强化。同时，在T22的基础上适当降低含碳量，加入微合金元素V、Nb、B等形成弥散沉淀强化，使得T23钢在550～600℃具有良好的蠕变性能和许用应力[1]。同时，与低合金耐热钢T22（2．25Cr-1Mo）相比，它降低了含碳量，使热影响区硬度降低至350 HV以下，焊接性得到很大改善，焊接时可以取消预热和焊后热处理，以弥补碳含量降低对高温蠕变强度带来的不利影响。因此，该钢是介于12Cr1MoVG与T91或不锈钢之间的一种很好的过度材料，可用于U．S．C．B（超临界锅炉）膜式水冷壁部件[2]。

本文就新型T23无缝钢管的热处理工艺，主要包括正火温度及回火温度对组织性能的影响进行分析，从而探索最佳热处理工艺。

2 试验材料与工艺

试验材料采用500 kg真空熔炼炉冶炼，模铸后热锻成ø85 mm圆棒，800℃×12 h退火后剥皮至ø75 mm，利用菌式穿孔机制成ø89 mm×9 mm毛管。其化学成分见表1。

试验用材料取自穿孔后探伤合格的钢管，按照美标相关标准进行取样分析。

利用DT1000型淬火膨胀仪对新型T23钢进行了CCT曲线测定，奥氏体化温度1 050℃，保温30 min，见图1。由图1可见，T23钢从0．8～200℃/s较大范围内转变成贝氏体-马氏体组织结构。马氏体的最大硬度仅为350 HV左右，且与碳含量有关。在工业化生产中正火+回火状态下，组织一般为回火贝氏体。

表1试验所用试样化学成分

图1 新型T23钢CCT曲线

3 试验结果

通过对CCT曲线进行分析，测定新型T23钢低温转变点Ac1位于800～820℃，高温转变点Ac3位于960～990℃。ASME SA-213M标准中规定该钢应在不低于1 040℃正火及不低于730℃下回火作为最终的热处理。

本文将根据美国ASME SA-213M标准要求，结合该钢种的CCT曲线特征，研究不同奥氏体化温度、回火温度对该钢种组织性能影响。

表2为奥氏体化温度试验数据。

表3为回火温度试验数据。

4 结果分析

4．1 奥氏体化温度对晶粒度及硬度的影响

图2为该钢分别在1 000、1 025、1 050、1 075、1 100℃奥氏体化温度下保温30 min水冷（水冷：WC），并经775℃、120 min回火前后硬度与温度关系曲线。

由图2可见，随奥氏体化温度提高，硬度总体缓慢增加，此时钢中固溶元素W、Mo、Cr充分溶解，同时，碳氮化合物也进一步溶解，增加了奥氏体的稳定性，从而增强材料强度。经775℃、120 min回火（空冷AC）后硬度变化趋势基本与之相似。

图3是分别在1 000、1 025、1 050、1 075、1 100℃温度下保温30 min水冷，然后经过775℃、120 min回火的试样组织。从图3中可以看出，随着奥氏体化温度的升高，晶粒缓慢增大，成分均匀。当1 000℃、30 min水冷后晶粒度为8．5～9级，见图3（a）；奥氏体化温度升高到1 050℃、30 min时，晶粒度达到理想中7～7．5级，见图3（c）；而温度继续升高到1 075℃、30 min以上，晶粒度已粗化，达到5．5级甚至更大，见图3（d）、（e）。

一般规律认为随正火温度升高，材料的持久强度提高，其因素除钢种合金元素固溶强化作用显著增加外，回火后基体中细小的碳氮化物析出强化也增强，同时，晶粒尺寸变大对持久强度的提高也有显著贡献，但不能误认为正火温度越高，钢的综合性能越优良。实际生产中还要综合考虑生产成本、设备能力、钢管表面氧化皮和过烧等问题。因此，新型T23无缝钢管选择1 050℃正火，保温30 min较适宜。

表2不同奥氏体化温度试验数据

表3不同回火温度试验数据

4．2 回火温度对组织性能的影响

回火温度对强度的影响见图4（a）、（b）。由图可见，在730～780℃回火温度范围内，随回火温度的升高，强度、硬度均缓慢下降，但在770℃温度以后，材料性能趋于稳定，图5（a）、（b）是1 050℃×30

图2 不同奥氏体化温度与硬度关系

图4回火温度对强度的影响

图5 1 050℃×30 min空冷+770℃×120 min空冷前后的显微组织

min空冷+770℃×120 min空冷前后的显微组织，此时合金元素在固溶体基体和碳化物之间缓慢分配，铁素体基体呈现多边形化，晶粒有所长大。同时，由正火产生于基体中岛状物数量减少而细小碳氮化物颗粒明细显增多，分布更加均匀，弥足由固溶强化作用减弱造成的强度下降，使钢组织和性能趋于相对稳定，从而达到提高持久强度的目的[3]。

5结论

（1）在试验温度范围内，随着奥氏体化温度提高，硬度总体缓慢增加，晶粒长大，奥氏体化温度升高到1 050℃、30 min时，晶粒度达到理想中的7～7．5级。

（2）在试验温度范围内，随回火保温升高，强度、硬度均缓慢下降，达到770℃回火温度时，组织性能已趋于相对稳定。此时合金元素在固溶体基体和碳化物之间缓慢分配，铁素体基体呈现多边形化，晶粒有所长大，基体中岛状物数量减少而细小碳氮化物颗粒明细显增多，分布更加均匀。

（3）最佳热处理工艺为：1 050℃保温30 min正火，770℃保温120 min回火，可得到最佳的综合性能与组织状态。

[1]于在松，王弘喆，聂铭，等．HCM2S（T23）钢显微组织结构特征及强化机理分析[J]．铸造技术，2011，32（4）：465-470．

Trail and Study on New T23 Seamless Steel Pipe Heat Treatment Process

ZHAO Qing-quan,CAO Jin-rong,XIAO Gong-ye and HE Biao
(Technology Center of Tianjin Pipe[Group]Corporation,Tianjin 300301,China)

The paper analyzes and studies the influence of heat treatment process on the structure and properties of T23 seamless steel pipe．Results show,within testing temperature range,hardness as a whole gradually increases and grains grow with the rise of austenization temperature and grain size reaches an ideal level of 7～7．5 at 30 min with austenization temperature rise to 1 050℃;strength and hardness gradually decrease with the rise of tempering temperature but the structure and properties tend to be stable after 770℃．Therefore,optimal heat treatment process is:keeping the temperature at 1 050℃ for 30 min and then normalizing;keeping the temperature at 770℃ for 120 min and then tempering．With this process,optimal overall property and structure can be obtained．

T23 seamless steel pipe;heat treatment process;property;test

10．3969/j．issn．1006-110X．2014．02．022

2013-09-15

2013-10-15

赵庆权（1979—），男，硕士，工程师，主要从事高压锅炉用管方面的研究工作。