10Cr9W2MnVTaN铁素体钢板材热处理工艺的研究

摘 要：低活性、高纯净度铁素体10Cr9W2MnVTaN钢由于其低的热膨胀系数、高的热导率、优良的抗肿胀和抗辐照脆性能力而成为ITER官方TBM的首选结构材料，该材料在国内研究还不够成熟。对于TBM要求的高塑性及高强度性能要求，经过五种热处理工艺下的力学性能的研究，固溶1040±10℃，水冷，回火740±10℃空冷的热处理工艺的板材力学性能配合较好，能满足力学性能的要求。

关键词：10Cr9W2MnVTaN铁素体钢；固溶；回火

1 前言

10Cr9W2MnVTaN铁素体钢是一种低活性、高纯净度铁素体/马氏体钢，主要化学成分与ASME SA-182F92接近，F92是由日本制钢公司首先开发研制并被ASME认可并批准的新型铁素体耐热钢，它在F91基础上添加了一定量的钨及硼，通过W-Mo复合固溶强化及B的晶界强化作用，不仅提高高温蠕变极限，而且有较高的导热系数、较低的热膨胀系数，增强部件热疲劳性能[3]。而10Cr9W2MnVTaN铁素体钢材料比F92材料少Mo、B，多Ta元素，但力学性能屈服、抗拉强度、延伸率要求比ASME SA-182F92高得多，推荐的热处理工艺参数差异较大。首次接触10Cr9W2MnVTaN鐵素体钢材料，对材料的热处理参数和力学性能掌握不足，本文主要采用几种不同的热处理工艺研究其力学性能。

2 试验方法

试验用料采用真空感应熔炼加电渣重熔，锭型为5吨钢锭，钢锭先锻造出坯，然后再轧制，最后轧制成43mm厚的板材，成型后进行退火处理，去除料头和飞边。板材的化学成分要求及检测值见表1，力学性能要求及试验数据见表2：

板材退火后粗加工时，从边缘切割五块规格为240×240×43的板材进行热处理试验，热处理工艺采用五种进行。

根据材料规范要求，10Cr9W2MnVTaN材料钢板材锻造后需要进行固溶和回火性能热处理，性能热处理要求为：固溶处理980±10℃，25mm/30min（保温至少45min），然后空冷，随后在740±10℃回火理，25mm/30min（保温至少90min），然后空冷。

第一组板材按照规范要求的热处理工艺进行，参数是：固溶：980±10℃ 1h 空冷，回火：740±10℃2.5h空冷，热处理后在离表面20mm的位置取样加工试样检测力学性能，力学性能值见表2序号1。

第二组板材热处理工艺参数：固溶：980±10℃ 1h 水冷，回火：740±10℃2.5h空冷，热处理后在离表面20mm的位置取样加工试样检测力学性能，力学性能值见表2序号2。

第三组板材热处理工艺参数：固溶：1040±10℃ 1h 水冷，回火温度采用三组温度：1）720±10℃2.5h空冷；2）730±10℃2.5h空冷；3）740±10℃2.5h空冷，热处理后在离表面20mm的位置取样加工试样检测力学性能，力学性能值见表2序号3～5。

3 试验结果与分析

根据以上试验结果，980℃固溶条件下获得的力学性能强度比较低，不能满足表2要求的力学性能。1040℃固溶条件下的力学性能只有740±10℃空冷的回火热处理工艺下满足要求，回火温度低于740℃的力学性能中强度满足要求，延伸率偏低不满足要求。根据类似材料ASME SA-182F92中推荐的最低固溶温度为1040℃[4]，则 10Cr9W2MnVTaN材料达到完全奥氏体化最低温度也在1040℃。由于980℃固溶温度相对较低，10Cr9W2MnVTaN钢合金元素含量较高，含有Cr、Mn、W等元素，合金元素未能充分溶入奥氏体中。提高固溶温度到1040℃，合金元素充分溶入奥氏体中，然后经过水冷，水冷条件下组织转变比较均匀，回火后更能充分发挥材料的力学性能。因此针对该材料要满足规范的高强度和高塑性要求，固溶温度选择1040℃比较适宜，回火温度选择低于740℃对塑性不利，回火温度选择740℃对塑性和韧性较好。因此该材料要达到TBM要求的高强度和高塑性的力学性能，推荐的固溶温度1040℃，回火温度740℃。

4 结论

10Cr9W2MnVTaN铁素体钢的力学性能取决于其合金成分、熔炼工艺及加工工艺，另外热处理工艺可以改变合金的微观组织，进而影响合金的力学性能[1] [2]。对10Cr9W2MnVTaN铁素体钢板材进行几种热处理工艺下的力学性能研究分析，满足规范要求的高强度和塑性的力学性能，推荐的热处理工艺参数是固溶：1040±10℃水冷，回火：740±10℃空冷。

参考文献：

[1]王平怀 湛继明 付海英 刘实 李雄伟 许增裕 聚变堆结构材料低活性铁素体-马氏体钢CLF-1研究进展 核聚变与等离子体分卷.

[2]王平怀 湛继明 付海英 刘实 李雄伟 许增裕 时效处理对低活性铁素体-马氏体钢组织及性能的影响 核聚变与等离子体分卷.

[3]孟宪忠 王平原1000MW火电机组主汽闸阀国产化用F92材料性能评定.

[4]高温用锻制或轧制合金钢和不锈钢公称管道法兰、锻制管配件、阀门和零件（ASME SA182/SA182M）.

作者简介：

冷廷梅（1977.08），女，民族：苗，籍贯（精确到市）：贵州省思南县，当前职务：热处理主管工艺师，当前职称：工程师，学历：大学本科，研究方向：金属材料及热处理。