铁素体耐热钢因其综合性能优于奥氏体耐热钢,更加符合锅炉管用钢的使用要求,成为锅炉管用钢的首选材料,并广泛应用于超临界发电机组锅炉管道上。随着能源和环境问题的日益突出,通过提高锅炉管用铁素体耐热钢的使用温度来实现电厂热效率的提高势在必行。本文从成分设计出发,设计了两种不同成分的新型铁素体耐热钢:钢种A(10Cr-1.5W-0.05Ti-B)和钢种B(10Cr-1.5W-0.3Mo-1.6Co)。利用热处理和线膨胀手段对钢种A和钢种B的组织转变和相变过程进行研究分析,并对两个新钢种的性能做初步评价。首先对钢种A的出厂组织进行分析,组织由马氏体和铁素体两相组成,其中铁素体约占25%(主要是热锻和热轧产生的δ铁素体);同时组织中存在着两类缺陷:Ti(V、Nb)的碳氮化物析出聚集和大颗粒的BN。通过分析排除成分设计存在的问题,缺陷应该与熔炼过程成分不均和以及N含量的控制有关。适当的正火热处理可以减少组织中铁素体的含量,组织中的铁素体含量随着正火温度的升高而增加,这是因为较高的正火温度使组织中生成了δ铁素体。室温组织的晶粒也随着正火温度的升高而呈现粗大的趋势。然后利用线膨胀手段分析钢种A奥氏体化以及过冷奥氏体连续转变过程,奥氏体转变开始点Ac 1和结束A c3都随着加热速率的增加而升高,奥氏体化转变速率随着加热速率的增加而增加,转变所需时间缩短。不同冷却速率对钢种A马氏体转变开始温度MS有较大影响,M S随着冷却速率的升高而下降,室温组织随冷却速率的升高呈现一定的细化趋势。最后,钢种B组织中的铁素体含量随着正火温度的升高而增加,其显微硬度呈现先增加后减小的趋势。钢种B在经回火后,组织中的晶界和板条界上有碳化物的析出,经800℃以上的高温回火后,组织中发生了回复和再结晶。钢种B在经高温回火后,组织中的晶界和板条界上有大量M23C6的析出,这些碳化物随着回火温度的升高而粗化;同时在基体中有弥散的MX碳氮化物的析出,MX多与位错缠结在一起、钉扎位错,对位错的运动产生强烈的抑制作用,从而大大提高了钢种B的高温性能和持久强度。此外,钢种B的显微硬度随回火温度的升高总体上呈下降趋势。