用於特殊用途的鋼組合物的製作方法

2023-06-01 21:09:41

專利名稱：：用於特殊用途的鋼組合物的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種用於特殊用途的新型鋼組合物，特別是在提高的壓力和/或溫度下在存在腐蝕的情況下表現出高性能的鋼組合物，所述腐蝕是由於諸如煙霧或水蒸氣的氧化性環境而引起的。
背景技術：
：存在水蒸氣的高壓和高溫的氣氛特別存在於工業電力生產中。使用鋼元件特別是無縫管來進行水蒸氣的生成、調節(特別是過熱和再過熱)和輸送。雖然有長遠歷史的設計或實施的解決方案(所述歷史將在下文中回顧)，但在所討論氣氛中的耐受性方面仍然存在嚴重的問題，而且隨著時間過去也產生嚴重問題。這些問題特別難以解決，特別是由於鋼的性能隨其成分的顯著可變性以及經歷長時期的熱腐蝕試驗的不便性。在下文中將使用術語"腐蝕"或"熱腐蝕"來指示由熱氧化引起的金屬損失現象。本發明設法改善這種局面。
發明內容本發明提供了一種用於本領域內的特殊應用的鋼組合物，按重量含量計，該組合物包含約1.8-11%的鉻(且優選約2.3-10%的鉻)、小於1%的矽、以及0.20-0.45%的錳。已經發現可以基於預定模型來調節組分的含量，選擇所述模型用以在因高溫性能而給定的條件下獲得基本最佳的腐蝕性質。該模型可以包括選自鉬、鵠、鈷和鎳的至少一種元素作為添加物或殘餘物。更特別地，所述組合物按重量計包含約0.20-0.50%、優選約40.30-0.50%的矽含量。它還可按重量計包含約0.25-0.45°/。、且更優選約0.25-0.40%的錳含量。根據本發明的另一方面，所述模型包含至少一個鉻貢獻項，以及錳單獨的貢獻項。所述錳單獨的貢獻項可以包括錳含量的二次多項式函數。所述鉻貢獻項可以包括鉻含量的逆二次項，以及含鉻含量的量的逆項。根據將在下文中更詳細描述的優選實施方案-鋼組合物包含在約2.3和2.6重量％之間的鉻；-鋼組合物包含在約8.9重量％和9.5至10重量°/。之間的鉻。本發明還涉及基本上由所述鋼組合物構成的無縫管及其附件，鋼組合物在無縫和附件管中的應用意圖是在提高的壓力和溫度下生成、輸送或調節水蒸氣，而且所述的用於優化所述特殊鋼組合物性質的技術，特別是用於將其用在無縫和附件管中的技術意圖在提高的壓力和溫度下生成、輸送或調節水蒸氣。通過閱讀參照附圖給出的下列詳細說明，本發明的其它特徵和優點將變得更清楚，在附圖中-圖1示意性示出了第一氧化機制的隨時間的發展，所述第一氧化機制在本文件中稱為"第l類"機制；-圖2示意性示出了第二氧化機制的隨時間的發展，所述第二氧化機制在本文件中稱為"第2類"機制；-圖3是顯示鋼組合物性質的坐標-圖4是已執行650C下長期腐蝕測量的鋼組合物的表格，所述650匸下長期腐蝕測量出現在表格的最後一列；-圖5是表示測量數據與計算數據之間的一致性的坐標圖；—圖6是形成圖5的部分細節的坐標圖。附圖、以下說明及附加內容很大程度上包含性質被確定的元素。因此，它們不僅可以用於改善本發明的理解，而且如果合適還有助於本發明的定義。具體實施例方式現在將檢驗可以執行本發明的條件。例如，將考慮包含電站鍋爐(chaudUredepuissance)的化石燃料熱電站的情形，所述電站鍋爐將過熱水蒸氣傳送至與交流發電機連接的蒸汽渦輪機。這類熱電站的良好熱輸出率(rendement)是已知的；而且日益努力通過限制煙霧和諸如S02、N0x和C02的有害氣體的排放來降低這樣的電站引起的汙染，這些有害氣體更特別地引起溫室效應。現在，通過鍋爐輸出率的增加來實現燃燒期間產生的0)2相對量的減少，所述鍋爐輸出率的增加與傳送到渦輪機的蒸汽的溫度和壓力相關。由於水蒸氣基本上被限制在無縫鋼管中，多年以來一直努力通過改善管材的蠕變強度、且特別是它們在100000小時內的蠕變斷裂強度來改善管材對內部高溫流體壓力的長期耐受性。被稱為美國材料與試驗協會("ASTM")的團體已制定了本領域的技術人員可用以選擇其鋼的標準或規範。對於高溫用途的特殊鋼，這些規範是-規範A213，題為"無縫鐵素體和奧氏體合金鋼鍋爐、過熱器和換熱器管的標準規範"，以及-規範A335:"高溫用無縫鐵素體合金鋼管的標準規範"。20世紀60年代的鍋爐使用非合金鋼用於鍋爐篩網以及使用2.25%Cr和1%Mo等級(ASTMA213T22和ASTMA335P22等級)的合金鋼用於過熱器管和過熱蒸汽管道(160巴-5601C)的熱部件。18%Cr和10%鎳的奧氏體不鏽鋼本質上具有比具有鐵素體組織的合金化程度較低的等級更好的蠕變強度性能，但是由於如下事實而具有嚴重缺陷單一鍋爐必須包含具有奧氏體組織的一些鋼部件和具有鐵素體組織的其它部件，該缺陷一方面是起因於熱膨脹係數的差異，另一方面起因於在不同冶金學組織的管之間製造焊接接頭的必要性。因此，存在改善具有鐵素體組織的材料的趨勢。依照德國標準DIN17.175的具有12%Cr的X20CrMoV12-1鋼已不再非常流行，因為其使用非常麻煩，而且其蠕變性質已被超過。20世紀80年代出現了兼備良好蠕變強度和優異使用性能的微合金化的9%鉻等級的標準(依照ASTMA213和A335的T91和P91、T92和P92)。類似地，20世紀90年代出現了微合金化的2.25%鉻等級(T23、P23、T24、P24)用以改善過熱器的特定部件和/或篩網的性能。然後，出現了關於抗熱氧化性的問題，特別是在與含12y。Cr的X20CrMoV12-1鋼相比的9%Cr鋼的情形中。實際上，已知Cr及Si和Al是降低熱氧化的元素。術語"熱氧化，，涵蓋了2類現象-由氧化性煙霧引起的氧化，和-由水蒸氣引起的氧化。管外表面上的氧化由氧化性煙霧引起的氧化現象發生在管的外側，且考慮到穿過這些管的煙霧流，更特別地發生在過熱器的管的外側。它們導致金屬厚度的損失並因此導致管中的切向應力a的增大，這可以按照所附公式[ll]來書寫，其中D是外徑，e是厚度，P是管內的內部蒸汽壓力。氧化物(或軋鋼皮)層越薄，氧化動力學越快。因此，可以認為這些隨著軋鋼皮層的增長而限制其本身。遺憾的是，當軋鋼皮層厚時，它喪失附著性並分層(剝落)。結果，氧化在金屬棵露的位置快速重新開始。因此，具有緩慢氧化動力學且能夠形成纖細且附著的軋鋼皮的金屬是非常理想的。管內表面上的氧化這由於其它原因而適用於在管內部發現且近年來被研究的由水蒸氣引起的氧化現象。實際上，在過熱器的管內形成的軋鋼皮提供煙霧(熱源)與有待過熱的水蒸氣之間的熱絕緣。而且，蒸汽側(管內部)的厚軋鋼皮導致比軋鋼皮薄時更加提高的金屬溫度。這時，溫度對蠕變強度的負面影響是指數性的。在蠕變強度性能相同的情況下，抵抗蒸汽氧化的鋼管因此可使蒸汽過熱至比對蒸汽氧化的抵抗性較差的鋼管更高的溫度。此外，在厚和/或幾乎不表現出附著性的軋鋼皮的情形中，其剝落可能具有以下後果-在過熱器管的情形中，剝落的軋鋼皮在過熱器的線圏引腳中的積聚，這妨礙蒸汽的運動且可能因災難性過熱而導致過熱器管爆裂；-剝落軋鋼皮的夾帶物(entrainment)從過熱器管和蒸汽收集器或蒸汽管道流出，進入渦輪機的葉片，存在其腐蝕和/或磨損和毀壞的危險。現有技術目前，鍋爐計算法則並不精確考慮對熱氧化的耐受性性質(使用如下經驗規則以過度保守的方式來限定過量的厚度用於因煙霧和水蒸氣兩者引起的熱氧化)。申請人的方法在W002/081766中，申請人提出了一種用於無縫管的鋼組合物，該組合物在蠕變斷裂強度和熱氧化耐受性方面均具有非常好的性能。這種組合物的商業名稱為VM12。令發明人驚奇之處在於其對600"C和650X:下的蒸汽引起的熱氧化的耐受性，該耐受性遠遠大於9%Cr鋼，甚至大於還包含12%Cr的X20CrMoV12-l鋼，而且幾乎與包含18%Cr的奧氏體級TP347FG的耐受性一樣好。在EcoledesMinesdeDouai得到的實驗結果在會議"HighTemperatureCorrosionandProtectionofMaterials6"，LesEmbiez2004上提出，並發表在MaterialsScienceForum，第461-464巻(2004年)，第1039-1046頁，題目為"SteamCorrosionResistanceofNew12%FerriteBoilerSteels"。作者(V.Lepingle等人)觀察到難以在定量預測熱氧化動力學，因為鋼的化學組成元素可能具有非線性影響，或甚至協同起作用。特別是，他們披露了熱氧化中發生的兩種不同類型的生長機制的存在，如圖1和2所示。圖l示出了傳統上決定9-12。/4Cr鋼的熱氧化的機制。正如所示，氧化物在整個表面上均勻地形成。圖2的機制涉及VM12等級、特定的X20CrMoV12-l鋼組合物以及具有細晶粒的奧氏體TP347FG等級在該情形中，氧化物以孤立籽晶的形式出現，其在形成層並在深度上發展之前不得不在表面上發展。這種機制導致緩慢的氧化動力學以及導致附著性的軋鋼皮。其它研究也關注於預測由水蒸氣引起的熱氧化的動力學。來自Zurek等人的信息也在LesEmbiez會議上提出並發表在"MaterialsScienceForum"，第461-464巻(2004年)，第791-798頁。它定量顯示了出各種化學元素對經驗氧化規律的常數Kp變化的影響△m=Kptz其中，Am是由氧化引起的質量增加，t是時間，而z通常取為等於1/2。常數Kp顯示了超過特定鉻含量的突然降低。從Zurek等人那裡可能得到的主要結論如下(參見圖3):-錳的添加移動到存在明顯Kp降低的區域右側，與鉻含量有關；根據該研究，Mn的添加趨於妨礙Cr的有利效果；-相反，矽或鈷的添加移動到存在明顯Kp降低的區域左側，與鉻含量有關。根據該研究，Si和Co具有擴展Cr作用範圍的有利影響。應理解的是，難以由此推導出與任何特殊合金的性質有關的精確信息。Osgerby等人(S.Osgerby，A.Fry,"Assessmentofsteamoxidationbehaviourofhightemperatureplantmaterials"，Proceedingsfromthe4thInternationalEPRIConference,2004年10月25-28日-HiltonHeadIsland,SouthCarolina-第388-401頁)也研究了由水蒸氣引起的大範圍的鋼和Ni合金的氧化。他們藉助於神經網絡來對結果進行處理。他們得到如下公式，所述公式在9-12%Cr鐵素體鋼的情形中，定量顯示出出Cr、Si、Mn和Mo的正面影響和W的負面影響。總而言之，這些研究的結論是不同的，並且甚至對於鐵素體鋼中的錳的情形是相反的。申請人試圖改善這種局面，特別是試圖得到允許改善現有鋼的定量元素，特別是含9%Cr且其抗氧化性到目前位置被認為不足的那些鋼及含2.25%Cr的那些鋼。申請人的實驗出於與本申請人的研究合約，EcoledesMinesdeDouai通過對化學組成的所有元素的影響進行模型化，首先開發了用於預測一年內金屬厚度損失的公式(在沒有金屬蝕刻的情況下對形成的氧化物進行酸洗之後確定)。該公式被稱為LPL(氧化皮的最低保護層)公式不是可公開獲得的，其術語不為本申請人所知。申請人能夠容易地注意到實驗結果與所獲悉的通過應用LPL公式得到的結果之間的顯著差異。因此，本申請人對具有鐵素體組織(鐵素體+珠光體、回火貝氏體、回火馬氏體)和2.25%(T22-T23)至13%的Cr含量的16個鋼樣品重新進行LesEmbiez2004年會議(參見上文)上提出的在650C下由水蒸氣引起的熱氧化的動力學測量。圖4是測試的鋼的組成表，在最後一列，是對應於這些鋼在一年內的金屬厚度損失的腐蝕測量結果的值(腐蝕速率Vcor)。圖4的表格中的術語"ND"意指"未獲得"。10申請人對這些實驗結果進行了多維統計分析。該分析是基於表達特定機制的合理經驗方法的多個項以及決定腐蝕速率Vcor的影響。多次測試之後，本申請人得到所附公式[21],該公式表示長期(即大約一年的時間段內)的650匸腐蝕速率Vcor。公式[21]提供了在650C下暴露於水蒸氣一年內的金屬厚度的平均損失(單位mm)。該平均厚度損失本身是從標準條件下氧化物的選擇性酸洗之後的金屬重量損失推導出的。公式[21]包含如下的不同指定項，tableseeoriginaldocumentpage11公式[21]的含量以重量％(或質量％)表示。係數oc(阿爾法)、P(貝塔)和5(德耳塔)以及表達式B和C中出現的那些基本上具有附件1、部分3、表達式[31]至[36]中所提及的值。另外，如果全面地檢查公式[21]，其似乎特別包含-鉻含量的函數，其包含具有1/Cr比率項(1/A項)的1/&2項和Cr修正項(B項)；-錳含量(C項)的多項式函數(在該情形中，為二次)；-W+Ni(鎢+鎳)的共同貢獻(表示為q)，其一方面是A項中的l/-q貢獻，另一方面是C項中的q貢獻；-其它含量僅出現一次，以可直接從該公式推出的方式。圖5和6示出了y軸上的該新乂^式Vcor(預測Vcor)如何與申請人已知的x軸上的實驗結果(測量Vcor)相比較。由此可以推出-圖5中(右側部分)，對於2.25%附近的鉻含量，一致性優良；-圖5中(左側部分)以及作為圖5左側部分詳圖的圖6中，對於9%和12%附近的鉻含量，一致性也優良。簡而言之，模型化和實驗提供了非常類似的結果。顯然，本發明不限於公式[21]的表達式，可以書寫具有不同比率的公式[21]的等效式。還可以書寫其具有更多局部應用(在含量範圍方面)的簡化等效式(將每一項的變體的性質考慮在內)或者它們的元素的簡化等效式。最後，雖然在6501C下得出公式[21]，但是當然對於其它、較低或較高的溫度也有效。例如在較低的溫度下，在650X:下具有稍微較高的腐蝕速率的鋼等級是可以接受的，如果其具有從任何觀點看有利的性質，包括較低的生產成本。更具體地說，依照公式[21]的信息，申請人注意到高於約0.25%的Mn含量的顯著不利的影響(所研究的含量範圍0.2-0.53%)。還注意到，如果Si大於或等於0.20%(含量的研究範圍0.09-0.47%),則Si含量幾乎沒有影響。還注意到在研究極限(0.1-0.2%)內不存在顯著的碳含量影響。於是，申請人關注於調查規範ASTM、A213和A335的高性能鐵素體等級，這些等級適用於導致薄且高粘附性的軋鋼皮的化學組成的特殊領域的鍋爐(T91、P91、T92、P92、T23、P23、T24、P24)，這允許管材更有效地工作在約6001C、甚至6501C的蒸汽溫度以及約300巴的蒸汽壓力下。通常，管材製造商必須從鉻含量範圍的底部開始按順序確定他們的鋼，以帶來該元素的成本和該元素的ot生成性質。例如，對於ASTMA213的T91等級的8.00-9.50%的理論範圍，管材製造廠定製含約8.5%Cr的鋼；這使產品中存在5鐵素體的風險最小化。眾所周知，錳允許鋼的含硫量被固定，並且這種固定防止可鍛性問題(鋼的燒灼)。因此，儘管對於等級T91，ASTMA213的範圍是0.30-0.60%，但傳統上是開發適合在高溫下使用的鋼，所述鋼具有120.50%範圍內、即該範圍的上部的錳含量。通常，本文提出的用於無縫管的鋼等級的意圖是在提高的壓力和溫度下傳送水蒸氣，其包含(按重量計算)1.8-13%的鉻(Cr)、小於1%的珪(Si)和0.10-0.45%的錳(Mn)。任選地，所述鋼包含選自鉬(Mo)、鴒(W)、鈷(Co)、釩(V)、鈮(Nb)、鈦(Ti)、硼(B)和氮(N)中的至少一種元素的添加。考慮到已獲得的經驗，申請人關注於表現出高蠕變性能的兩組等級，因為它們與Mo或與W合金化並且微合金化(Nb、V、N及任選的B和Ti)，但是從熱氧化的觀點看是可以改善的。它們是-第一組2.25。/。Cr鋼等級T/P22、T/P23、T/P24-第二組9%Cr鋼等級T/P91、T/P92如將在下文中所看到的，由此確定出在腐蝕速率方面特別有利的特殊鋼等級。實施方案E10:鋼T22和P22標準ASTMA213和A335分別將等級T22和P22定義為包含-0.30-0.60%Mn-至多0.50%Si-1.90-2.60%Cr-0.87-1,13%Mo—0.05-0.15%C-至多0.025%S-至多0.025%P舊等級不包含Ti、Nb、V和B的微量添加。在下表TIO中，第2-7列規定了來自本領域的參比鋼以及提出的三種其它鋼(在第l列中指出)的組成。在測量Vcor列中，"ND"意指"未獲得，，。應理解的是，確定在一年內高溫下的可靠且精確的腐蝕速率所需的試驗特別長、麻煩且昂貴。對於參比鋼(R10)，可以看到測量值和由^^式[21]所預測的值幾乎完全對應。因此一旦檢查了公式[21]，就可以由此導出與本實施方案E10的其它鋼等級有關的信息。這些其它等級由三個實施例來表示，依照得到的腐蝕速率，由E10-max、E10-med、以及E10-min來指示。表TIOtableseeoriginaldocumentpage14相對於"參比"組合物R10的腐蝕速率，選擇等級E10允許18%(對於E10-max)至42%(對於E10-min)的增加。在本實施方案E10中，所述鋼包含2.3-2.6%的Cr。優選地，實施方案E10的鋼包含0.20-0.50%、且非常優選O.30-0.50°/。的Si含量。優選地，該鋼包含0.30-0.45°/。的Mn含量。根據該實施方案E10的鋼優選包含0.87-1%的Mo。它不包含故意添加的W，鵠是鋼的殘餘物且其含量約0.01%。非常優選地，根據實施方案E10的鋼具有Cr、Mn、Si、Mo、W、Ni、Co含量，其依照y〉式[21]計算的Vcor值至多等於約0.9mm/年，優選為0.85mm/年。對於至多等於約0.7m邁/年的Vcor，得到更好的結果。實施方案E11:鋼T23和P23標準ASTMA213和A335分別將等級T23和P23定義為包含-0.10-0.60%Mn一至多0.50%Si-1.90-2.60%Cr-0.05-0.30%Mo-1.45-1.75%W-0.04-0.10%C-至多0.030%P-至多0.010%s—0.20-0.30%V-0.02-0.08%Nb-0.0005-0.006%B-至多0.030%的N-至多0.030%的Al用鴒和微量添加物代替大部分的鉬賦予這些等級比T/P22等級改善很多的蠕變強度性質。相反，這樣的改善不允許針對熱氧化的溫度耐受性上限的增加。在下表Tll中，列2-7規定了來自本領域的參比鋼和提出的三種其它鋼(在第1列中指定)的組成。對於參比鋼，可以看到測量值和由公式[21]預測的值完全一致。因此，一旦檢查公式[21]，就由此推出與本實施方案Ell的其它三個鋼等級有關的信息，依照得到的腐蝕速率，用Ell-max、Ell-med、以及Ell-min來表示。表Tlltableseeoriginaldocumentpage15相對於"參比，，組合物的腐蝕速率，選擇等級Ell允許12%(對於Ell-max)至51%(對於Ell-min)的增加。在本實施方案E11中，所述鋼包含2.3-2.6%的鉻。優選地，實施方案Ell的鋼包含0.20-0.50%、且非常優選O.30-O.50。/。的Si含量。優選地，所述鋼包含0.25-0.45°/。的錳含量。根據本實施方案Ell的鋼優選包含1.45-1.60%的W和0.05-0.20%的Mo。非常優選地，根據實施方案Ell的鋼具有Cr、Mn、Si、Mo、W、Ni、Co含量，其依照公式[21]計算的Vcor值小於約1.4鵬/年，優選為約1.25mm/年。對於至多等於約0.9mm/年的Vcor，得到更好結果。實施方案E12:鋼T24/P24依照標準ASTMA213，這些鋼包含-0.30-0.70%Mn-0.15-0.45%Si-2.20-2.60%Cr-0.70-1.10%Mo-0.04-0.10%C一至多0,020%P-至多0.010%S-0.20-0.30%V-0.06-0.10%Ti-0.0015-0.0020%B-至多0.012°/。N-至多0.020%Al已按照與表T10和Tll類似的方式制定下表T12。表T12tableseeoriginaldocumentpage16通過根據本發明的選擇，增加受到更大限制從9%(E12-max)到30%(E12-min)。據認為這基本上是由於這樣的事實，即關於Cr含量的餘量(margin)不如實施方案E10或Ell的寬。根據本實施方案E12,所述鋼包含2.4-2.6°/。的Cr。優選地，所述鋼包含0.20-0.45%、且非常優選0.30-0.45%的Si含量。優選地，所述鋼包含在0.30-0.45%的Mn含量。根椐本實施方案E12的鋼不包含W添加(約0.01%的殘餘鴒含量);其Mo含量優選為0.70-0.9%。非常優選地，#據本實施方案E12的鋼具有Cr、Mn、Si、Mo、W、Ni、Co含量，其依照公式[21]計算的Vcor值至多等於約0.8mffl/年，且優選地至多等於約0.75mm/年。對於至多等於約0.7mm/年的Vcor，得到更好的結果。應注意的是實施方案EIO、Ell和E12(總體上用El來表示)在鉻、錳和矽含量方面相當類似。因此，這些實施方案之一El的另外Cr、Mn和/或Si含量可以至少部分地應用於另一實施方案El。實施方案E20:鋼T9和P9標準ASTMA213和A335分別將等級T9和P9定義為包含-0.30-0.60%Mn-0.25-1.00%Si-8.00-10.00%Cr-0.90-1.10%Mo-至多0.15%C-至多0.025%P-至多0.025%S與下文中闡述的實施方案E21和E22相比，根據實施方案E20的鋼不包含V、Nb、N或B的孩1量添加。在下表T20中，第2-7列規定了來自本領域的參比鋼以及提出的三種其它鋼(在第1列中指定)的組成。在測量Vcor列中，"ND"意指"未獲得"。應理解的是確定一年內的高溫下的可靠且精確的腐蝕速率所需的試驗特別長、麻煩且昂貴。由公式[21]導出與本實施方案E20的各種鋼等級有關的信息。這些等級由三個實施例來表示，依照得到的腐蝕速率，用EM-max、E20-med和E20-min來指示。表T20tableseeoriginaldocumentpage18相對於"參比"組合物R20的腐蝕速率，選擇等級E20允許16%(對於E20-max)至89%(對於E20-min)的增加。在本實施方案E20中，所述鋼包含9.2-10.00%的鉻。優選地，實施方案E20的鋼包含0.25-0.50%、且非常優選0.30-0.40°/。的Si含量。優選地，所迷鋼包含0.30-0.45%的Mn含量。根據本實施方案E20的鋼優選包含0.90-1.00°/。的Mo。它不包含故意的W添加，鵠是鋼的殘餘物且其含量約0.01%。非常優選地，根據實施方案E20的鋼具有Cr、Mn、Si、Mo、W、Ni、Co含量，其依照公式[21]計算的Vcor值至多等於約0.09mm/年，優選為0.06mm/年。對於至多等於約0.04mm/年的Vcor，得到更好的結果。實施方案E21:鋼T91/P91依照標準ASTMA213和A335，這些鋼包含一0.30—0.60%Mn-0.20-0.50%Si-8.00-9.50%Cr-0,85-1.05%Mo-至多G.40%Ni-0.08-0.12%C一至多0.020%P一至多0.010%S-0.18-0.25%V一0.06-0.1%Nb-0.030-0.070%N-至多0.040%Al已按照與表T10類似的方式制定下表T21。表T21MnSiCrMoWNiCo測量Vcor計算Vcor參比(R21)0.460.318.730.990.010.26-0.0940.106E21-max0.450.38.900.95-0.20-ND0.095E21-min0.300.509.500.85-0.02-ND0.021E21-med0.400.359.000.90-0.05-ND0.066通過選擇實施方案E21,增加的範圍是從10%(E21-max)到80°/。(E21-min)。值得注意的是對於E21-min，得到的值是參比值的五分之一》根據本實施方案E21,鋼包含8.9-9.54的Cr。優選地，所述鋼包含0.20-0.50%、且非常優選0.30-0.50%的Si含量。優選地，鋼包含0.30-0.45°/。的Mn含量。其優選包含0.85-0.95%的Mo。優選地，根據實施方案E21的鋼包含至多0.2%Ni(且非常優選地至多0.1%)，且幾乎不含鴒(約0.01%的殘餘量)。19非常優選地，根據實施方案E21的鋼具有Cr、Mn、Si、Mo、W、M、Co含量，其依照公式[21]計算的Vcor值小於約O.lmm/年。對於至多等於約O.07mm/年的Vcor，得到更好的結果。實施方案E22:鋼T92/P92依照標準ASTMA213和A335,這些鋼包含-至多0.30至0.60%Mn-至多0.50%Si-8.50-9.50%Cr一0.30-0.60%Mo-1.50-2.00%W一至多0.40%Ni一0.07—0.13%C一至多0,020%P-至多0.010%S-0.15-0.25%V-0.04-0.09%Nb-0.001-0.006%B-0.030-0.070%N-至多0.040%Al已按照與表T10類似的方式制定下表T22。表T22MnSiCrMoWNiCo測量Vcor計算Vcor參比(R21)0.410.228.510.441.690.13-0.1130.113E22-max0.400.258.900.451.700.20-ND0.11E22陽min0.300.509.500.301.500.02-ND0.055E22-medL350.309.200.401.700.1-ND0.08220在該情形中，通過選擇這些實施方案E22，增加的範圍是2°/。(E22-max)至52%(E22-min)。根據本實施方案E22,鋼包含8.9-9.5%的Cr。優選地，實施方案E22的鋼包含0.20-0.50%、且非常優選0.30-0.50%的Si含量。優選地，實施方案E22的鋼包含0.30-0.45%、且非常優選0.30-0.40%的Mn含量。根據實施方案E22的鋼優選包含0.30-0.45%的Mo。它包含1.50-1.75%的W。優選地，根據實施方案E22的鋼包含至多0.2%的Ni，且非常優選至多0.1%。非常優選地，根據實施方案E22的鋼具有Cr、Mn、Si、Mo、W、Ni、Co含量，其依照/>式[21]提供至多等於約0.11mm/年的Vcor值。對於Vcor，得到至多等於約O.08mm/年的更好結果。應注意的是實施方案E21和E22(總體上用E2來表示)在鉻、錳和矽含量方面相當類似。因此這些實施方案之一的其它Cr、Mn和/或Si舍量可以至少部分地應用於另一個。現在將考慮中間情況。實施方案E30:鋼T5和P5標準ASTMA213和A335分別將等級T5和P5定義為包含-0.30-0.60%Mn一至多0.50%Si一4.00—6.00%Cr-0.45-0.65%Mo一至多0.15%C-至多0.025%P-至多0.025%S在下表T30中，第2-7列規定了來自本領域的參比鋼以及提出的三種其它鋼(在第1列中指定)的組成。在測量Vcor列中，"ND"意指"未獲得，，。應理解的是確定一年內的高溫下的可靠且精確的腐蝕速率所需的試驗特別長、麻煩且昂貴。由公式[21]導出與本實施方案E30的各種鋼等級有關的信息。這些等級由三個實施例來表示，依照得到的腐蝕速率，用E30-max、E30-med和E30-min來指示。表T30MnSiCrMoWNiCo觀'J量Vcor計算Vcor參比(R30)0.500.324.800.520.010.15-ND0.269E30-max0.450.255.200.600.010.2-ND0.228E30-min0.300.456.000.450.010.1-ND0.122E30-medl0.400.305.400.550.010.15-ND0.189E30-med20.350.305.600.500.010.15-ND0.159相對於"參比"組合物R30的腐蝕速率，選擇等級E30允許15%(對於E30-max)至55%(對於E30-min)的增加。在本實施方案E30中，鋼包含5.2-6.00°/。的Cr。優選地，實施方案E30的鋼包含0.25-0.50%、且非常優選0.30-0.45。/。的Si含量。優選地，所述鋼包含O.30-0.45。/。的Mn含量。才艮據本實施方案E30的鋼優選包含0.45-0.60%的Mo。它不包含故意的W添加，鴒是鋼的殘餘物且其含量約0.01%。非常優選地，才艮據實施方案E30的鋼具有Cr、Mn、Si、Mo、W、Ni、Co含量，其依照公式[21]計算的Vcor值至多等於約0.23mm/年，優選地為0.20fflin/年。對於至多等於約0.17mm/年的Vcor，得到更好的結果。所用模型導致諸如Cr、Si的特定a生成元素的含量增加並導致諸如Mn和Ni的特定y生成元素的含量減少；這可促進5鐵素體的出現。如果從5鐵素體出現的觀點看，Mo和/或W(a生成元素)含量的減少不足以補償Cr、Si含量的增加以及Mn和Ni含量的減少，則將需要調節當前模型中未出現的諸如N和C的y生成元素的含量。在這方面，將使用已知的公式來預測作為等效鉻和等效鎳的含量的函數的5鐵素體。為優化特殊鋼而提出的技術包括以下元素。所取的起始點是已知的鋼等級，其具有熱腐蝕之外的已知性質並且從熱腐蝕的觀點看被優化。基於諸如公式[21]的模型對參比組合物計算長期腐蝕性能。基於相同模型，在已知鋼的附近，對導致更好的腐蝕性能值的鋼等級組成的特定範圍進行調查。由於該模型非常可靠，這項技術具有許多優點，包括-避免僅為了腐蝕試驗而生產不常見的鋼；-避免麻煩且昂貴的長期和高溫腐蝕試驗。最重要的是，這項技術允許使用不過度保守的目標數據來設計鍋爐或蒸汽管並因此將設計計算中所考慮的過量腐蝕厚度最小化。它還允許將蒸汽溫度提高至給定的金屬溫度並通過促進氧化物在蒸汽側的鋼表面上的非均勻和不連續形成來避免軋鋼皮的剝落。根據本發明的鋼還可以例如(以下羅列並非窮舉)用作製造焊接管、連接件、反應器、鍋爐製造部件的金屬薄板，用作製造渦輪機主體或安全閥體的模壓部件，用作製造軸和渦輪機轉子、連接件的鍛造部件，用作製造粉末冶金中的大量零件的金屬粉末，用作焊接填充金屬及其它類似應用。23附錄1formulaseeoriginaldocumentpage24部分1formulaseeoriginaldocumentpage24部分2formulaseeoriginaldocumentpage24部分3formulaseeoriginaldocumentpage24權利要求1.用於特殊應用的鋼組合物，其特徵在於所述鋼組合物按重量計算包含約1.8-11％的鉻、小於1％的矽和0.20-0.45％的錳，所述鋼組合物的含量是基於預定的模型來調節，選擇該模型用以獲得在高溫性能的給定條件下基本最佳的抗熱氧化性質。2.如權利要求1所述的鋼組合物，其特徵在於所述鋼組合物包含選自鉬、鴒、鈷和鎳的至少一種元素作為添加物或作為殘餘物。3.如權利要求1和2之一所述的鋼組合物，其特徵在於所述鋼組合物按重量計包含約0.20-0.50%、且優選約0.30-0.50%的矽含量。4.如權利要求1一3之一所述的鋼組合物，其特徵在於所述鋼組合物按重量計包含約0.25—0.45%的錳含量。5.如權利要求1-4之一所述的鋼組合物，其特徵在於所述模型包含至少一個鉻貢獻項，以及錳單獨的貢獻項。6.如權利要求5所述的鋼組合物，其特徵在於所述的錳單獨的貢獻項包含錳含量的二次多項式函數。7.如權利要求5和6之一所迷的鋼組合物，其特徵在於所述鉻貢獻項包含鉻含量的逆二次項，以及含鉻含量的量的逆項。8.如前述權利要求之一所述的鋼組合物，其特徵在於所述鋼組合物按重量計包含約2.3-2.6%的鉻。9.如權利要求8所述的鋼組合物，其特徵在於所述鋼組合物按重量計包含1.45-1.60%的鎢和0.05-0.20%的鉬(Ell)。10.如權利要求9所述的鋼組合物，其特徵在於按重量計算的Cr、Mn、Si、Mo、W、Ni、Co的含量，使得基於公式[21]的腐蝕值Vcor小於約l.4，優選地至多等於約1.25(E11)。11.如權利要求8所述的鋼組合物，其特徵在於所述鋼組合物按重量計包含O.87-1%的鉬和極少的鴒(E10)。12.如權利要求11所述的鋼組合物，其特徵在於按重量計算的Cr、Mn、Si、Mo、W、Ni、Co的含量，4吏得基於公式[21]的腐蝕值Vcor至多等於約0.9，優選地至多等於約0.85(E10)。13.如權利要求8所述的鋼組合物，其特徵在於所述鋼組合物按重量計包含2.4-2.6%的鉻、0.70-0.90%的鉬，且幾乎不含鎢(E12)。14.如權利要求11所述的鋼組合物，其特徵在於按重量計算的Cr、Mn、Si、Mo、W、Ni、Co的含量，使得基於公式[21]的腐蝕值Vcor至多等於約0.8，優選地至多等於約0.75(E12)。15.如權利要求1-7之一所述的鋼組合物，其特徵在於所述鋼組合物包含約8.9-9.5重量％的鉻。16.如權利要求15所述的鋼組合物，其特徵在於所述鋼組合物包含O.85-0.95%的鉬(E21)。17.如權利要求16所述的鋼組合物，其特徵在於Mo含量為0.85-0.95。/。Mo且W基本不存在，並且所述鋼組合物基於公式[21]的腐蝕值Vcor小於約0.1，優選至多等於約0.07U21)。18.如權利要求15所述的鋼組合物，其特徵在於其包含1.50-1.75%的鴒和0.30-0.45%的鉬(E22)。19.如權利要求18所述的鋼組合物，其特徵在於按重量計算的Cr、Mn、Si、Mo、W、Ni、Co的含量，使得基於公式[21]的腐蝕值Vcor至多等於約0.11,優選0.08(E22)。20.如權利要求15一19之一所述的鋼組合物，其特徵在於所述鋼組合物包含小於0.2%的鎳。21.無縫或附件管，其基本由根據前述權利要求之一的鋼組合物構成o22.所述鋼組合物在無縫和附件管中的應用，以便在提高的壓力和溫度下生成、傳送或調節水蒸氣。全文摘要本發明涉及在高壓和/或高溫下在由氧化性環境引起的腐蝕性氣氛中具有優異的隨時間耐受性的鋼，所述氧化性環境是例如煙霧或水蒸氣。本發明涉及用於特殊應用的鋼組合物，所述組合物按重量計包含約1.8-11％的鉻(且優選約2.3-10％的鉻)、小於1％的矽和0.20-0.45％的錳。已發現，可以基於預定的模型調節組分的含量，選擇所述模型用以獲得對高溫行為的特殊條件下的腐蝕基本最佳的性能。所述模型可以包括選自鉬、鎢、鈷和鎳的至少一種元素作為添加物或殘餘物。文檔編號C22C38/22GK101466859SQ200780021327公開日2009年6月24日申請日期2007年6月7日優先權日2006年6月9日發明者B·范登伯格,D·佩特洛,G·路易,J·萊耶,V·萊潘格勒申請人:V&M法國公司