固溶溫度對S30432新型奧氏體不銹鋼性能的影響

鐘正彬，張杰

東方電氣集團東方鍋爐股份有限公司 四川德陽 618000

1 序言

隨著大容量、高參數(shù)電站鍋爐的推廣，對鍋爐用金屬材料的要求越來越高，新材料、新工藝在鍋爐制造過程中不斷涌現(xiàn)，新材料性能的掌握、新工藝的制定成為鍋爐制造企業(yè)日益緊迫的問題。具有高強度、高使用溫度、高耐蝕性的S30432新型奧氏體不銹鋼在鍋爐制造中得到了應用，該鋼種是在ASME SA-213TP304H的基礎(chǔ)上加入適量的Cu、Nb、N，從而達到高溫強度、高溫塑性以及抗高溫氧化腐蝕性能的最佳組合。該材料已由ASME CODE CASE 2328-2納入ASMEⅡ SA-213 UNS標號S30432，在超臨界鍋爐和超超臨界鍋爐的高溫段受熱面工程應用具有較大潛力。ASMEⅠ PG-19要求S30432不銹鋼在不同的設(shè)計溫度下應變量超過15%或10%時需要進行固溶處理，并對固溶溫度的下限（≥1095℃）提出了要求，但固溶溫度變化范圍較大。本文研究的主要目的就是通過試驗確定S30432不銹鋼最佳的固溶溫度，以期獲得良好的綜合性能。

2 試樣制備和試驗方法

（1）試驗材料 鋼管UNS標號S30432，規(guī)格φ45mm×9.6mm。

（2）母材試樣制備 鋼管S30432φ45mm×9.6mm、L=250mm，下料數(shù)量1根，沿管子縱向?qū)A周10等分，再按SA-370圓形與標準試樣成比例拉伸加工成公稱直徑為6.25mm（0.25in）的成比例試樣，數(shù)量為10根（用3根，備用7根）。

鋼管S30432φ45mm×9.6mm、L=10mm，下料數(shù)量3根（硬度+晶粒度試樣）。

（3）固溶試樣制備 鋼管S30432φ45mm×9.6mm、L=250mm，下料數(shù)量3根，整管由L=250mm拉伸變形至L=287.5mm（應變量=15%）。

拉伸變形后取其中1根按如下尺寸下料：S30432φ45mm×9.6mm、L=10mm，下料數(shù)量18根（硬度+晶粒度試樣）；取其中另2根按如下要求下料：沿管子縱向?qū)A周10等分，下料數(shù)量20根（拉伸試樣）。

將上述試樣組成6組，每組包括拉伸試樣3個、硬度+晶粒度試樣3個，按表1確定的溫度固溶熱處理并快速水冷。

表1 S30432不銹鋼固溶熱處理

將固溶拉伸試樣按SA-370圓形與標準試樣成比例拉伸試樣加工成公稱直徑為6.25mm（0.25in）的試樣，數(shù)量18根。

3 試驗結(jié)果及分析

3.1 母材試樣測定

原始母材試樣測定：抗拉強度（10個）、屈服強度（10個）、伸長率（10個）、斷面收縮率（10個）、硬度（3個）、晶粒度（3個），測定結(jié)果見表2。

表2 S30432不銹鋼原始母材性能

3.2 固溶試樣測定

固溶試樣共有6組，每組固溶試樣測定：抗拉強度（3個）、屈服強度（3個）、伸長率（3個）、斷面收縮率（3個）、硬度（3個）、晶粒度（3個），測定結(jié)果見表3。

表3 S30432不銹鋼固溶試樣性能

3.3 母材及固溶試樣對比分析

本試驗采用多指標綜合量化評估法[1]，以原始母材試樣測定的均值數(shù)據(jù)為基準，將固溶試樣的抗拉強度、屈服強度、伸長率、斷面收縮率、硬度、晶粒度的均值與母材對應均值數(shù)據(jù)對比分析，各項偏差數(shù)據(jù)見表4。以試驗組號為X軸，以表4中的總分值為Y軸，做固溶熱處理試樣性能分值曲線，如圖1所示。

表4 固溶試樣的均值與原始母材的偏差

以原始母材的各項綜合性能為最優(yōu)作為分析基礎(chǔ)，原始母材經(jīng)過彎曲或拉伸變形、固溶熱處理等加工過程后，最終恢復至與原始母材總偏差值為最小時的固溶熱處理溫度，認為是最佳的固溶熱處理溫度。從圖1可見，S30432不銹鋼在1100～1160℃固溶熱處理時，分值曲線處于較小區(qū)域，試樣的綜合性能較佳。固溶熱處理溫度在1120℃時，分值曲線最小，其試樣綜合性能最佳。當固溶熱處理溫度超過1120℃后，隨固溶熱處理溫度的遞增，其綜合性能逐漸緩慢地變差；當固溶熱處理溫度超過1160℃后，分值曲線快速上揚，其綜合性能迅速惡化，固溶熱處理溫度在1180℃時，其試樣綜合性能最差。綜上所述，S30432不銹鋼最佳的固溶熱處理溫度為1120℃，不宜超過1160℃。

圖1 固溶熱處理試樣性能分值曲線

ASME CODE CASE 2328-2中提出，S30432不銹鋼的熱處理規(guī)則可與TP347H不銹鋼相同[2]，目前TP347H不銹鋼普遍采用的固溶溫度為1175℃，接近S30432不銹鋼性能最差的1180℃溫度區(qū)域。如果采用此固溶溫度應用于S30432不銹鋼，彎頭的性能是較差的，故S30432不銹鋼的固溶熱處理應區(qū)別于TP347H不銹鋼。

4 結(jié)束語

1）S30432奧氏體不銹鋼最佳的固溶熱處理溫度為1120℃，不宜超過1160℃。

2）S30432奧氏體不銹鋼的固溶熱處理溫度不宜與TP347H奧氏體不銹鋼完全等同。