一種高溫用無縫鐵素體合金鋼及其生產方法
2023-06-12 19:35:01
專利名稱：一種高溫用無縫鐵素體合金鋼及其生產方法
技術領域：
本發明涉及ー種高溫用無縫鐵素體合金鋼及其生產方法，屬於冶金材料領域。
背景技術：
隨著電カエ業的發展和全球對環境問題的日益關注，節約一次能源、加強環境保護、減少有害廢氣排放、降低地球溫室效應已引起國內外的高度重視。從電站鍋爐的設計和實績運行過程中，人們逐漸達成共識，只有提高蒸汽參數(壓カ和溫度)，才能有效地提高機組的熱效率，降低煤耗，減少有害氣體排放量，滿足環境保護和節約能源的要求。因此，世界各國的電站鍋爐都向著大容量和高參數的方向發展。特別是最近幾年，我國火電機組先後投入使用了大容量、高參數超臨界、超超臨界機組。毋庸置疑，超臨界、超超臨界機組的發展是以材料的發展為基礎的，在高溫、高壓下運行的材料要求具有良好的高溫強度和優異的抗氧化性能等。應用於超(超)臨界機組的過熱器、再熱器的金屬壁溫小於580°C。針對這ー特殊使用條件，開發抗高溫性能好的耐熱鋼是發展高效超臨界、超超臨界火電機組的關鍵技術之一。目前，還未有與本發明體系相近專利。
發明內容
本發明的目的是提供ー種具有良好的高溫強度和優異抗氧化性能的高溫用無縫鐵素體合金鋼及其生產方法。為實現上述目的，本發明是通過如下措施來實現ー種高溫用無縫鐵素體合金鋼，其特徵在於，構成材料的質量百分比化學成分為C O. 05 O. 09 ；Si O. 20 O. 50 ；Mn O. 10 O. 60 ；Crl. 95 2. 55 ；ff I. 50 I. 75 ;B O. 001 O. 005 ；Ti O. 005 O. 06 ；Mo O. 05 O. 30 ；Nb O. 02 O. 08 ；V O. 20 O. 30 ;N彡O. 015 ；P彡O. 020 ；S彡O. 005 ；Altot彡O. 015 ；0彡O. 003，其餘為Fe及不可避免的雜質，質量百分數總計100%。同時，要求Ti/N彡3. 5。C、Si、Mn是鋼中主要的基本合金元素，對鋼的強度、塑性等基本力學性能起著關鍵的作用，對鋼的焊接性、耐蝕性和抗氧化性也有很重要的影響，而且決定著鋼的組織結構。綜合考慮上述各因素的影響，設計了本體系的C、Si、Mn含量。W在鋼中，除與碳化合形成碳化物外，部分地融入鐵中形成固溶體。它在鋼中的用途主要是增加鋼的回火穩定性、紅硬性和熱強度，以及由於形成的特殊碳化物而增加的耐磨性。本發明以W取代部分Mo，形成以W為主的W-Mo的複合固溶強化，使鋼的長期持久強度提高。因此W選擇在I. 50 I. 75%範圍內。加入Mo主要是為了提高鋼的熱強性，起到固溶強化的作用。B突出的作用是微量的B就可以成倍地増加鋼的淬透性。主要是它吸附在奧氏體晶界上，降低了晶界的能量，阻抑鐵素體晶核的形成，因為延長了先共析鐵素體和上貝氏體轉變的孕育期；但對已形成的晶核的成長，則影響極微。所以它對低碳鋼有效，因 而B控制在O. 001 O. 005%範圍內較適宜。Mo-B協同作用對奧氏體上鐵素體的形核具有更加強烈的抑制效應，從而使奧氏體轉變動力學曲線發生深刻改變，導致貝氏體區的擴大。Ti-B的複合利用不但使MC相更加穩定，而且能抑制晶界區孔洞的形核及其長大過程，提高晶界強度，從而提高鋼的持久斷裂塑性。B也能參與碳化物的反應，有助於碳化物的均勻分布及其穩定性，從而有助於熱強性的提高。當N含量較高，Ti不能滿足Ti/N > 3. 5時，由於沒有足量的Ti元素來平衡過高的N含量，過量N元素會消耗掉材料中B元素，從而導致材料淬透性不足。Cr主要是提高耐熱鋼的抗氧化性、抗腐蝕能力，含鉻量小於5%時，600°C開始劇烈氧化。本發明鋼種特定工作溫度不高於580°C，Cr含量在I. 95 2. 55%即能滿足使用要求。加入微量Nb和N形成碳氮化物彌散沉澱強化，降低了含C量，提高其加工性能和焊接性能。S是引起原晶界弱化的主要雜質元素，可以導致鋼蠕變脆化;A1含量過高也會影響鋼的持久塑性和強度。因此，S、A1控制在較低的水平。無縫鋼管生產主要エ藝為鐵水一轉爐冶煉一LF精煉一VD脫氣一圓坯連鑄一管還加熱一穿孔一軋制一定徑一熱處理。其中關鍵控制エ序為熱處理工序，熱處理米用正火+回火エ藝，正火加熱溫度為1040 1080°C，保溫時間為壁厚每Imm不少於I. 5min,總保溫 時間不小於30min，通過空氣加速從奧氏體化速度冷卻。多元鋼因含有在高溫下才能基本固溶的強碳化物形成元素，為了充分發揮各元素的作用，熱處理時採用生產上可行的較高奧氏體化加熱溫度，加熱溫度的下限是1040°C，否則將使鋼的熱強性明顯降低。採用加速空氣流動，以增加冷速，獲得貝氏體+鐵素體組織。回火溫度為730 800°C，保溫時間不小於lh，然後在靜止空氣中冷卻。多元鋼具有較強的抗回火能力，為了保持鋼在使用過程中性能的穩定，應採用較高的回火溫度，特別是當鋼中同時含有Mo和B吋。本發明的優點是通過在Cr-M0型合金結構鋼的基礎上以W取代部分Mo，形成以W為主的W-Mo的複合固溶強化，加入微量Nb和N形成碳氮化物彌散沉澱強化，降低了含C量，提高其加工性能和焊接性能，同時加入微量B提高淬透性以獲得完全的回火貝氏體組織。本發明具有良好的高溫強度和優異的抗氧化性能，產品適用於超(超)臨界機組金屬壁溫不超過580°C的過熱器、再熱器的水冷管道。本發明生產效率高、經濟效益好，適合於規模化生產，具有良好的推廣價值。
具體實施例方式實施例I材料的質量百分比化學成分為CO. 07 ；Si O. 45 ；Mn O. 52 ；Cr 2. 33 ；Mo 0. 25 ；Nb 0. 07 ；V 0. 22 ；ff I. 59 ；B 0. 003 ；Ti 0. 03 ;N、P、S、Altt、0 含量符合體系設計要求；其餘為Fe及不可避免的雜質，質量百分數總計100%。所生產無縫管規格為Φ51Χ12πιπι，熱處理制度按設計要求執行。鋼管的抗拉強度、屈服強度、斷後伸長率、衝擊功、硬度(HB)分別為575MPa、465MPa、34. 4 %、87J、180 ; 100、200、300、400、500、600 °C 高溫屈服強度分別為 415、405、405、380、355、295MPa。600°C時，通過外推法得到10萬h持久強度為83. 3MPa，抗氧化性能符合I級「完全抗氧化性」(く O. lg/(m2 · h))，具有較高的抗氧化性能；1萬h的時效試驗表明，鋼的衝擊韌性、硬度、強度與塑性指標都未見明顯變化，說明該鋼性能穩定，適於製造高溫管。鋼中各類夾雜物級別均不大於I. 5級，成品管晶粒度為7. O級，顯微組織為粒狀貝氏體+鐵素體。
實施例2材料的質量百分比化學成分為CO. 08 ；Si O. 43 ；Mn O. 50 ；Cr 2. 25 ；Mo 0. 25 ；Nb 0. 06 ；V 0. 23 ；ff I. 65 ；B 0. 003 ；Ti 0. 02 ;N、P、S、Altt、0 含量符合體系設計要求；其餘為Fe及不可避免的雜質，質量百分數總計100%。所生產無縫管規格為Φ51Χ12πιπι，熱處理制度按設計要求執行。鋼管的抗拉強度、屈服強度、斷後伸長率、衝擊功、硬度(HB)分別為590MPa、445MPa、33. 3 %、95J、175 ; 100、200、300、400、500、600 °C 高溫屈服強度分別為 425、410、395、370、345、305MPa。鋼中各類夾雜物級別均不大於I. 5級，成品管晶粒度為7. O級，顯微組織為粒狀貝氏體+鐵素體。實施例3材料的質量百分比化學成分為CO. 08 ；Si O. 39 ；Mn O. 48 ；Cr 2. 27 ；Mo 0. 24 ； Nb 0. 06 ；V 0. 24 ；ff I. 61 ；B 0. 004 ；Ti 0. 024 ;N、P、S、Altot、0 含量符合體系設計要求；其餘為Fe及不可避免的雜質，質量百分數總計100%。所生產無縫管規格為Φ51Χ12πιπι，熱處理制度按設計要求執行。鋼管的抗拉強度、屈服強度、斷後伸長率、衝擊功、硬度(HB)分別為580MPa、455MPa、31. 8 %、88J、169 ; 100、200、300、400、500、600 °C 高溫屈服強度分別為 430,405,400、375、355、305MPa。鋼中各類夾雜物級別均不大於I. 5級，成品管晶粒度為7. 5級，顯微組織為粒狀貝氏體+鐵素體。實施例4材料的質量百分比化學成分為CO. 06 ；Si O. 41 ；Mn O. 50 ；Cr 2. 29 ；Mo 0. 26 ；Nb 0. 05 ；V 0. 23 ；ff I. 64 ；B 0. 004 ；Ti 0. 022 ;N、P、S、Altot、0 含量符合體系設計要求；其餘為Fe及不可避免的雜質，質量百分數總計100%。所生產無縫管規格為Φ51Χ12πιπι，熱處理制度按設計要求執行。鋼管的抗拉強度、屈服強度、斷後伸長率、衝擊功、硬度(HB)分別為570MPa、430MPa、32. 2 %、85J、158 ; 100、200、300、400、500、600 °C 高溫屈服強度分別為 425、405、385、375、350、290MPa。鋼中各類夾雜物級別均不大於I. 5級，成品管晶粒度為6. 5級，顯微組織為粒狀貝氏體+鐵素體。
權利要求
1.ー種高溫用無縫鐵素體合金鋼，其特徵是其特徵在於，構成材料的質量百分比化學成分為c O. 05 O. 09 ；Si O. 20 O. 50 ；Mn O. 10 O. 60 ；Crl. 95 2. 55 ；ff I. 50 I. 75 ；B O. 001 O. 005 ；Ti O. 005 O. 06 ；Mo O. 05 O. 30 ；Nb O. 02 O. 08 ；V O. 20 O. 30 ；N く O. 015 ；P く O. 020 ；S く O. 005 ；Altot く O. 015 ；0 く O. 003，其餘為 Fe 及不可避免的雜質，質量百分數總計100%。
2.根據權利要求I所述的高溫用無縫鐵素體合金鋼，其特徵是Ti/N^ 3. 5。
3.ー種根據權利要求I或2所述的高溫用無縫鐵素體合金鋼的生產方法，其特徵是無 >縫鋼管生產主要エ藝為鐵水一轉爐冶煉一LF精煉一VD脫氣一圓坯連鑄一管坯加熱一穿孔一軋制一定徑一熱處理；其中，熱處理採用正火+回火エ藝，正火加熱溫度為1040 1080°C，保溫時間為壁厚每Imm不少於I. 5min，總保溫時間不小於30min，通過空氣加速從奧氏體化速度冷卻；回火溫度為730 800°C，保溫時間不小於lh，然後在靜止空氣中冷卻。
全文摘要
本發明涉及一種高溫用無縫鐵素體合金鋼及其生產方法，其特徵是構成材料的質量百分比化學成分為C0.05～0.09；Si0.20～0.50；Mn0.10～0.60；Cr1.95～2.55；W1.50～1.75；B0.001～0.005；Ti0.005～0.06；Mo0.05～0.30；Nb0.02～0.08；V0.20～0.30；N≤0.015；P≤0.020；S≤0.005；Altot≤0.015；O≤0.003，其餘為Fe及不可避免的雜質，質量百分數總計100％。Ti/N≥3.5。熱處理採用正火+回火工藝，正火加熱溫度為1040～1080℃，保溫時間為壁厚每1mm不少於1.5min，但不小於30min，通過空氣加速從奧氏體化速度冷卻；回火溫度為730～800℃，保溫時間不小於1h，然後在靜止空氣中冷卻。本發明生產效率高、經濟效益好，適合於規模化生產，具有良好的推廣價值。
文檔編號C22C33/04GK102690996SQ20121018542
公開日2012年9月26日 申請日期2012年6月1日 優先權日2012年6月1日
發明者王金龍 申請人:內蒙古包鋼鋼聯股份有限公司