2024年4月11日发(作者：夹谷又琴)
对SA-182 F92锻造与热处理的研究
随着电站锅炉由小型低温向大型高温机组的转变，研发高温高压合金材料迫
在眉睫。耐高温ＣrMo型钢 SA-182F92的研制成功，弥补了工况在～650℃高温材
料选用空白的缺陷。该材料广泛应用于100MW、300MＷ、600MW超临界及
1000MW超超临界锅炉的再热器、过热器集箱，主蒸汽管道和堵阀等，使用温度
一般在650℃左右。但在国内，该材料的锻热处理至今还没有一套成熟的工艺。为
了攻克这一难关，我司对SA-182F92进行不断地摸索和试验，成功制定出一套锻
造和热处理工艺，使其交检合格率达95%以上。
ASME规范要求F92钢热处理工艺为“正火空冷加回火”。经实验，小型锻件
应用此工艺能满足技术要求，但当锻件的公称厚度d≥100mm时，热处理后的组
织和性能较难符合技术条件。为此，我们更改思路，不断地摸索与实验，将工艺
改定为“正火水冷加回火”，目的是加快正火冷却速度，利于大型锻件的心部组织
充分转变成马氏体，使回火后的组织性能满足设计要求。
(一) SA-182F92锻件的要求
机 性
验收标准
Rel(Mpa)
≥
Rm(Mpa)
≥
A(%)
≥
Z(%)
≥
Akv
≥
HB
DG1110-2007 440 620 20 45 27 187-269
SA-182 440 620 20 45 ≤269
表 （1） SA-182 F92机械性能要求
DG1110-2007标准是东锅股份公司根据锅炉设计要求制定的，增加了冲击功，
规定了硬度下限值。为了让该材料得到广泛应用，特选取DG1110-2007为验收标
准。
(二) 07年F92锻件问题汇总
机 性
样号 组织
标准
Rel
≥
Rm
≥
A(%)
≥
Z(%)
≥
Akv≥ HB 晶粒度
440 620 20 45 27 187-269
NO1
NO2
785 880 20 64.5 20.16.26 234.238.239 5-6
800 900 20 54 10.12.10 260.260.265 6
NO3 S回 1190 1300 12 39.5 20,200,188 195,199,199 6.5
NO4 S回+少F 710 880 17 59.5 24,44,30 260,260,255 8.5
NO5 M+少量P 1090 1050 10 42 206,186 370,370,365 6.5
表 （2） 07年F92不合格品报告
对以上质量总结分析：
1． 虽同为满足ASME基本热处理提供的数据要求，但经过不同的热处理实作，
各项组织性能差异十分明显，且同一工件性能不均匀性也十分明显。
2． No1、No2冲击功不合格，强度偏高。由于该材料回火冷至500℃脆性区域时，
冷却速度过慢引起回火脆性，导致冲击功偏低。
3． No3虽然为回火索氏体组织，但延伸率低不合格，强度很高，这是由于回火
保温时间不足。同时，此工件受热不均匀，导致冲击功偏差较大，而且硬度偏低、
强度偏高，不符合热处理规律。
4． No4组织为回火索氏体加少量铁素体，晶粒很细，但伸长率偏低不合格。该
料采用正火温度1040℃，温度偏低，铁素体不能充分转变成奥氏体，从而残留在
回火组织中，导致伸长率偏低。
5．No5组织为马氏体加少量珠光体，塑性偏低，硬度超高。此工艺正火后没及时
回火，而且回火温度低于780℃，造成马氏体没有转变为回火组织。同时该大型锻
件正火冷却速度慢，其中少量奥氏体转变成了珠光体。
综合我公司07年对SA-182F92材料锻造和热处理的数据，可知我公司对此类
锻件热处理的加热温度、保温时间、冷却速度控制不当，因此需要制定更完善的
工艺来满足此类锻件的要求，提高此类锻件的合格率。
(三) 锻造工艺的研究
为了满足最终产品的综合机械性能、焊接性能及无损探伤的要求，必须对其锻
造工艺进行严格控制。包括：锻造比y≥2.5、始锻温度、终锻温度、锻后冷却方
式等。
1. 选定原材料
项目
DG1110
标准规定
供货保证
本厂复验
C MnSi S P NiCrWV Mo
AlCu Nb B N
0.07/ 0.30/ ≤ ≤ ≤ ≤ 8.50/1.50/0.15/0.30/
0.60
≤ 0.04/
0.09
0.0010.030
/0.07
0.13 0.60 0.50 0.010 0.0200.40 9.50 2.00 0.25 0.04 0.006
0.105 0.45 0.31 0.005 0.0200.19 8.95 1.65 0.2 0.39 0.02 0.14 0.075 0.0030.040
0.080 0.420 0.130 0.007 0.0200.2509.09 1.63 0.24 0.44 0.0050.06 0 0.0020.045
表 (3) 锻件化学成分检验
2. 始锻温度的确定:
锻制圆环：φ300±4xφ100±10x100±3，加热保温时间均按图(7)，始锻分别
为1200℃和1100℃，终锻温度850℃，空冷，780℃回火。测得显微组织如下：
(a) 1200℃组织（×200） (b) 1200℃组织（×500）
(c) 1100℃组织（×200） (d) 1100℃组织（×500）
图 （1）锻后回火组织形态
1200℃锻造后回火的钢在基体上存在孔洞，见图（a）和（b）。随着温度的升
高，金属内原子的热振动也随之加强，晶界、相界、亚晶界及位错的能量也相应
增加，同时原子的扩散速度也增大，为晶粒粗化提供了驱动力，奥氏体晶粒会发
生相互吞并使晶粒长大。因此1200℃比1100℃的晶粒更粗大，并且有缺陷。
图 （2） 始锻温度1200℃~1250℃造成的过烧
由图 （2）可知当始锻温度过高时，锻件容易出现过烧现象。为避免缺陷并
获得较细的晶粒度，选择始锻温度为1150℃~1180℃。
3. 终锻温度的确定
经试验，该材料终锻温度低于800℃会增加出现裂纹的趋势，实际生产中裂
纹如下图：
图 （3） 终锻温度700℃~750℃造成的裂纹
图 （3）锻件由于材料处于低温区，塑性差，锻压时容易产生开裂。因此此
材料在锻造时终锻温度应控制在800℃~850℃。
4. 锻后冷却：
由材料成分表(3)可知，该材料含合金元素种类多且含量也较高，为避免产生
延时裂纹，采用锻后坑埋冷却。
(四) 热处理工艺的确定
1. 正火温度的确定
根据理论计算可得：Ar1=800℃，Ac3=900℃，Ms=300℃，Mf=120℃。由此绘
制简略CCT曲线如下：
图 （4） 连续冷却C－ 曲线
根据图 （4）中Ac3温度确定正火温度>950℃，为了符合ASME SA-182标
准奥化温度1040℃~1095℃，我们取中间值1060℃为正火保温温度。
2. 正火保温时间：
将DN=100mm的工件在煤气炉内加热到1060℃，分别保温
3.5h(2min/mm),2h(1.2min/mm)后进行空冷后测得显微组织如下：
（a）保温3.5h（×200）
（b）保温3.5h（×500）
（c）保温2h（×200） （d）保温2h（×500）
图 （5）锻后空冷正火组织
图 （5）表示锻件在1060℃不同正火保温时间后的显微组织。其主要组织是
板条马氏体，其上有白色颗粒呈串连状分布的铁素体。其中图（b）看不到晶粒和
晶界，图（d）可以看到晶界和碳化物。由上图可知经过3.5h保温正火的试样晶粒
相对粗大，因此对DN100的工件在煤气炉内加热选用保温2h-2.5h
（1.2min/mm-1.5min/mm）。
3. 正火冷却方式的确定
为锻件在正火后分别采用空冷、油冷、水冷测得的性能对照表
冷却 Rm Rel A(%) Z(%)Ak(J) 平均硬度（HB） 平均
空冷 215
堆冷 705 585 24 64 112
水冷 700 595 20.5 61.5 106
130118120 204
218 219 217
204 206 205
206 215 216
216 215 217
80 84 90 228
80 92 221油冷 695 585 20 59.5 90 106
表 (4) 采用不同冷却方式热处理后的性能
注
：
空冷为锻件分散摆放在空气中。
锻后热处理后的显微组织：
（a）油冷回火组织（×500）
(b) 空冷回火组织（×500）
(c) 水冷回火组织（×200） （d）水冷回火组织（×500）
图 （6）采用不同冷却方式热处理后的组织
由图 （6）可得锻后正火+回火基体组织都为保持马氏体位向分布的粗大回火
索氏体，其上有颗粒状铁素体（白色）呈带状分布。图（d）粗大针状更趋明显，
索氏体中碳化物颗粒清晰，晶界明显；图（b）看不见晶界和晶粒；图（a）和图
（d）的晶粒大小差不多。由此可知水冷、油冷、空冷经回火后的基体组织都是回
火索氏体，碳化物均匀分布在基体和晶界上，所以这三种冷却方式的钢在公称厚
度较小时综合机械性能相差不大。对于DN≥100mm的大型锻件，采用空冷不仅
无法使心部冷透，而且延长实际生产流水作业的周期，因此我们更改冷却方式为
“先空冷（避免冷速过快引起裂纹）至600℃~800℃，再水冷（水冷却能力大，经
济实惠）。经实践，这套工艺大大提高了大型锻件的一次合格率。
4. 回火温度
因为锅炉锻件产品的后续工序里有焊接工序，焊后退火温度规定为760℃，为
保证焊退工序不影响锻件的组织和综合性能，可将回火温度制定为780℃。
综上所述，制定SA-182F92热处理工艺规范为：
DN<100mm：正火1060℃+回火780℃，晶相组织为回火索氏体。
DN>100mm：正火1060℃，空冷至600℃（避免575℃的回火脆性）水冷；回火
780℃。晶相组织为回火索氏体。
(五) 结论
综合所有的试验，我公司对SA-182F92制定出一套切实可行的锻热处理工艺。
1. 锻造工艺
加热保温曲线：见图（ 7 ）
始锻温度：1150℃~1180℃；终锻温度：800℃~850℃；冷却方式：坑冷
图 （7） SA-182 F92加热曲线
2. 热处理工艺
图 （8） SA-182 F92热处理曲线
4
(六) 此工艺在实际生产中的应用：
F92机械性能08年统计
800
700
600
500
400
300
200
100
0
屈服强度
抗拉强度
伸长率
收缩率
硬度
冲击功
F92机械性能08年统计
52
585
705
24
64
205
120
120
600
715
25
66
204
97
128
610
730
26
61
208
143
198
510
645
32
77
188
241
263
595
620
25
59
175
85
275
565
710
24
69
206
149
386
530
645
25.5
69
192
165
400
565
590
25
63
200
113
434
580
735
23
65
212
95
试样号
486
590
720
24.5
68.5
208
116
689
555
715
20
63
228
73
721
570
705
29
75.5
204
103
751
560
715
20
74
198
120
752
500
735
24
68.5
223
63
817
590
725
22
64
208
110
972
575
715
24
67
200
169
978
600
725
25
65
209
157
表 (5) F92机性08年统计表
此工艺主要业绩体现：
1. 东方锅炉股份公司
2. 东方日立锅炉公司
3. 国内各超临界，超超临界阀门厂锻件
4. 电厂急需的各种配件
综上可知我公司关于SA-182F92的锻造与热处理后机械性能完全能够满足
ASME标准要求。在实际应用中，质量也很稳定。
(七) 结束语
通过我们长期对SA-182F92这种高合金钢的锻造和热处理试验与摸索，制定了
成熟的锻造和热处理工艺，我国的锻造和热处理技术已达到国际通用ASME标准要
求，填补了国内空白，实现高性能材料的国产化进程，满足国内市场的需求。
2024年4月11日发(作者：夹谷又琴)
对SA-182 F92锻造与热处理的研究
随着电站锅炉由小型低温向大型高温机组的转变，研发高温高压合金材料迫
在眉睫。耐高温ＣrMo型钢 SA-182F92的研制成功，弥补了工况在～650℃高温材
料选用空白的缺陷。该材料广泛应用于100MW、300MＷ、600MW超临界及
1000MW超超临界锅炉的再热器、过热器集箱，主蒸汽管道和堵阀等，使用温度
一般在650℃左右。但在国内，该材料的锻热处理至今还没有一套成熟的工艺。为
了攻克这一难关，我司对SA-182F92进行不断地摸索和试验，成功制定出一套锻
造和热处理工艺，使其交检合格率达95%以上。
ASME规范要求F92钢热处理工艺为“正火空冷加回火”。经实验，小型锻件
应用此工艺能满足技术要求，但当锻件的公称厚度d≥100mm时，热处理后的组
织和性能较难符合技术条件。为此，我们更改思路，不断地摸索与实验，将工艺
改定为“正火水冷加回火”，目的是加快正火冷却速度，利于大型锻件的心部组织
充分转变成马氏体，使回火后的组织性能满足设计要求。
(一) SA-182F92锻件的要求
机 性
验收标准
Rel(Mpa)
≥
Rm(Mpa)
≥
A(%)
≥
Z(%)
≥
Akv
≥
HB
DG1110-2007 440 620 20 45 27 187-269
SA-182 440 620 20 45 ≤269
表 （1） SA-182 F92机械性能要求
DG1110-2007标准是东锅股份公司根据锅炉设计要求制定的，增加了冲击功，
规定了硬度下限值。为了让该材料得到广泛应用，特选取DG1110-2007为验收标
准。
(二) 07年F92锻件问题汇总
机 性
样号 组织
标准
Rel
≥
Rm
≥
A(%)
≥
Z(%)
≥
Akv≥ HB 晶粒度
440 620 20 45 27 187-269
NO1
NO2
785 880 20 64.5 20.16.26 234.238.239 5-6
800 900 20 54 10.12.10 260.260.265 6
NO3 S回 1190 1300 12 39.5 20,200,188 195,199,199 6.5
NO4 S回+少F 710 880 17 59.5 24,44,30 260,260,255 8.5
NO5 M+少量P 1090 1050 10 42 206,186 370,370,365 6.5
表 （2） 07年F92不合格品报告
对以上质量总结分析：
1． 虽同为满足ASME基本热处理提供的数据要求，但经过不同的热处理实作，
各项组织性能差异十分明显，且同一工件性能不均匀性也十分明显。
2． No1、No2冲击功不合格，强度偏高。由于该材料回火冷至500℃脆性区域时，
冷却速度过慢引起回火脆性，导致冲击功偏低。
3． No3虽然为回火索氏体组织，但延伸率低不合格，强度很高，这是由于回火
保温时间不足。同时，此工件受热不均匀，导致冲击功偏差较大，而且硬度偏低、
强度偏高，不符合热处理规律。
4． No4组织为回火索氏体加少量铁素体，晶粒很细，但伸长率偏低不合格。该
料采用正火温度1040℃，温度偏低，铁素体不能充分转变成奥氏体，从而残留在
回火组织中，导致伸长率偏低。
5．No5组织为马氏体加少量珠光体，塑性偏低，硬度超高。此工艺正火后没及时
回火，而且回火温度低于780℃，造成马氏体没有转变为回火组织。同时该大型锻
件正火冷却速度慢，其中少量奥氏体转变成了珠光体。
综合我公司07年对SA-182F92材料锻造和热处理的数据，可知我公司对此类
锻件热处理的加热温度、保温时间、冷却速度控制不当，因此需要制定更完善的
工艺来满足此类锻件的要求，提高此类锻件的合格率。
(三) 锻造工艺的研究
为了满足最终产品的综合机械性能、焊接性能及无损探伤的要求，必须对其锻
造工艺进行严格控制。包括：锻造比y≥2.5、始锻温度、终锻温度、锻后冷却方
式等。
1. 选定原材料
项目
DG1110
标准规定
供货保证
本厂复验
C MnSi S P NiCrWV Mo
AlCu Nb B N
0.07/ 0.30/ ≤ ≤ ≤ ≤ 8.50/1.50/0.15/0.30/
0.60
≤ 0.04/
0.09
0.0010.030
/0.07
0.13 0.60 0.50 0.010 0.0200.40 9.50 2.00 0.25 0.04 0.006
0.105 0.45 0.31 0.005 0.0200.19 8.95 1.65 0.2 0.39 0.02 0.14 0.075 0.0030.040
0.080 0.420 0.130 0.007 0.0200.2509.09 1.63 0.24 0.44 0.0050.06 0 0.0020.045
表 (3) 锻件化学成分检验
2. 始锻温度的确定:
锻制圆环：φ300±4xφ100±10x100±3，加热保温时间均按图(7)，始锻分别
为1200℃和1100℃，终锻温度850℃，空冷，780℃回火。测得显微组织如下：
(a) 1200℃组织（×200） (b) 1200℃组织（×500）
(c) 1100℃组织（×200） (d) 1100℃组织（×500）
图 （1）锻后回火组织形态
1200℃锻造后回火的钢在基体上存在孔洞，见图（a）和（b）。随着温度的升
高，金属内原子的热振动也随之加强，晶界、相界、亚晶界及位错的能量也相应
增加，同时原子的扩散速度也增大，为晶粒粗化提供了驱动力，奥氏体晶粒会发
生相互吞并使晶粒长大。因此1200℃比1100℃的晶粒更粗大，并且有缺陷。
图 （2） 始锻温度1200℃~1250℃造成的过烧
由图 （2）可知当始锻温度过高时，锻件容易出现过烧现象。为避免缺陷并
获得较细的晶粒度，选择始锻温度为1150℃~1180℃。
3. 终锻温度的确定
经试验，该材料终锻温度低于800℃会增加出现裂纹的趋势，实际生产中裂
纹如下图：
图 （3） 终锻温度700℃~750℃造成的裂纹
图 （3）锻件由于材料处于低温区，塑性差，锻压时容易产生开裂。因此此
材料在锻造时终锻温度应控制在800℃~850℃。
4. 锻后冷却：
由材料成分表(3)可知，该材料含合金元素种类多且含量也较高，为避免产生
延时裂纹，采用锻后坑埋冷却。
(四) 热处理工艺的确定
1. 正火温度的确定
根据理论计算可得：Ar1=800℃，Ac3=900℃，Ms=300℃，Mf=120℃。由此绘
制简略CCT曲线如下：
图 （4） 连续冷却C－ 曲线
根据图 （4）中Ac3温度确定正火温度>950℃，为了符合ASME SA-182标
准奥化温度1040℃~1095℃，我们取中间值1060℃为正火保温温度。
2. 正火保温时间：
将DN=100mm的工件在煤气炉内加热到1060℃，分别保温
3.5h(2min/mm),2h(1.2min/mm)后进行空冷后测得显微组织如下：
（a）保温3.5h（×200）
（b）保温3.5h（×500）
（c）保温2h（×200） （d）保温2h（×500）
图 （5）锻后空冷正火组织
图 （5）表示锻件在1060℃不同正火保温时间后的显微组织。其主要组织是
板条马氏体，其上有白色颗粒呈串连状分布的铁素体。其中图（b）看不到晶粒和
晶界，图（d）可以看到晶界和碳化物。由上图可知经过3.5h保温正火的试样晶粒
相对粗大，因此对DN100的工件在煤气炉内加热选用保温2h-2.5h
（1.2min/mm-1.5min/mm）。
3. 正火冷却方式的确定
为锻件在正火后分别采用空冷、油冷、水冷测得的性能对照表
冷却 Rm Rel A(%) Z(%)Ak(J) 平均硬度（HB） 平均
空冷 215
堆冷 705 585 24 64 112
水冷 700 595 20.5 61.5 106
130118120 204
218 219 217
204 206 205
206 215 216
216 215 217
80 84 90 228
80 92 221油冷 695 585 20 59.5 90 106
表 (4) 采用不同冷却方式热处理后的性能
注
：
空冷为锻件分散摆放在空气中。
锻后热处理后的显微组织：
（a）油冷回火组织（×500）
(b) 空冷回火组织（×500）
(c) 水冷回火组织（×200） （d）水冷回火组织（×500）
图 （6）采用不同冷却方式热处理后的组织
由图 （6）可得锻后正火+回火基体组织都为保持马氏体位向分布的粗大回火
索氏体，其上有颗粒状铁素体（白色）呈带状分布。图（d）粗大针状更趋明显，
索氏体中碳化物颗粒清晰，晶界明显；图（b）看不见晶界和晶粒；图（a）和图
（d）的晶粒大小差不多。由此可知水冷、油冷、空冷经回火后的基体组织都是回
火索氏体，碳化物均匀分布在基体和晶界上，所以这三种冷却方式的钢在公称厚
度较小时综合机械性能相差不大。对于DN≥100mm的大型锻件，采用空冷不仅
无法使心部冷透，而且延长实际生产流水作业的周期，因此我们更改冷却方式为
“先空冷（避免冷速过快引起裂纹）至600℃~800℃，再水冷（水冷却能力大，经
济实惠）。经实践，这套工艺大大提高了大型锻件的一次合格率。
4. 回火温度
因为锅炉锻件产品的后续工序里有焊接工序，焊后退火温度规定为760℃，为
保证焊退工序不影响锻件的组织和综合性能，可将回火温度制定为780℃。
综上所述，制定SA-182F92热处理工艺规范为：
DN<100mm：正火1060℃+回火780℃，晶相组织为回火索氏体。
DN>100mm：正火1060℃，空冷至600℃（避免575℃的回火脆性）水冷；回火
780℃。晶相组织为回火索氏体。
(五) 结论
综合所有的试验，我公司对SA-182F92制定出一套切实可行的锻热处理工艺。
1. 锻造工艺
加热保温曲线：见图（ 7 ）
始锻温度：1150℃~1180℃；终锻温度：800℃~850℃；冷却方式：坑冷
图 （7） SA-182 F92加热曲线
2. 热处理工艺
图 （8） SA-182 F92热处理曲线
4
(六) 此工艺在实际生产中的应用：
F92机械性能08年统计
800
700
600
500
400
300
200
100
0
屈服强度
抗拉强度
伸长率
收缩率
硬度
冲击功
F92机械性能08年统计
52
585
705
24
64
205
120
120
600
715
25
66
204
97
128
610
730
26
61
208
143
198
510
645
32
77
188
241
263
595
620
25
59
175
85
275
565
710
24
69
206
149
386
530
645
25.5
69
192
165
400
565
590
25
63
200
113
434
580
735
23
65
212
95
试样号
486
590
720
24.5
68.5
208
116
689
555
715
20
63
228
73
721
570
705
29
75.5
204
103
751
560
715
20
74
198
120
752
500
735
24
68.5
223
63
817
590
725
22
64
208
110
972
575
715
24
67
200
169
978
600
725
25
65
209
157
表 (5) F92机性08年统计表
此工艺主要业绩体现：
1. 东方锅炉股份公司
2. 东方日立锅炉公司
3. 国内各超临界，超超临界阀门厂锻件
4. 电厂急需的各种配件
综上可知我公司关于SA-182F92的锻造与热处理后机械性能完全能够满足
ASME标准要求。在实际应用中，质量也很稳定。
(七) 结束语
通过我们长期对SA-182F92这种高合金钢的锻造和热处理试验与摸索，制定了
成熟的锻造和热处理工艺，我国的锻造和热处理技术已达到国际通用ASME标准要
求，填补了国内空白，实现高性能材料的国产化进程，满足国内市场的需求。