奧氏體耐熱鋼的製作方法
2023-07-13 06:25:51 2
奧氏體耐熱鋼的製作方法
【專利摘要】本發明屬於火力發電用鋼製造【技術領域】，特別涉及一種具有高溫抗蒸汽腐蝕和良好高溫強度的奧氏體系耐熱鋼。化學成分(質量百分比)為：C:0.035～0.15％,Si:≤1.5％,Mn:0.4～2.0％,Cr:20～26％,Ni:20～28％，Co:1.0～2.0，Nb:1.1～2.0％,Cu:2.6～4.0％,V:0.10～0.50％，N：0.1～0.4％，Zr:0.001～0.080％,B:0.002～0.020％,W:1.5～5.0％,Mo:0.5～3.0％,Ce:0.001～0.030其餘為Fe和雜質。
【專利說明】奧氏體耐熱鋼
【技術領域】
[0001] 本發明屬於火力發電和煉油化工用鋼製造【技術領域】，涉及一種具有良好的高溫抗 腐蝕和高溫強度的奧氏體系耐熱鋼，適用於超超臨界鍋爐過熱器、再熱器用鋼管、汽輪機葉 片、高溫鍛件及石化爐管、鍛件等。
【背景技術】
[0002] 節省能源、減少有害氣體排放、保護環境是我國的國策，為此，汽車減少廢氣排放， 火電機組降低煤耗、提高機組參數、提高熱效率，石化減少尾氣排放，都是重要措施。我國引 進的600°C超超臨界火電機組已經國產化，運行和在建已超過100臺，處於世界先進水平。 過熱器和再熱器等高溫高壓管採用S30432(即Super304H)、S31042(即HR3C)高端耐熱鋼， 這類鋼在650-70(TC高溫、高壓工作環境中性能穩定，鋼管不發生蠕變變形，在高溫條件下 抗蒸汽氧化腐蝕性能和抗煙氣腐蝕性能好。
[0003] 600°C機組是上世紀末引進的，近年來，我國自主開發技術參數更高的機組，主 蒸汽溫度由600°C提高到620-625°C，壓力提高到30-35Mpa，這樣，過熱器和再熱器管用 S30432、S31042處於臨界狀態，需要有性能更高的鋼，本發明正是為了滿足這樣新的需求而 研製的。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在於：提供一種在700°C及以上溫度具有良好的抗蒸氣氧化腐蝕性 能以及高溫強度的奧氏體耐熱鋼。
[0005] 本發明採用的技術方案是：
[0006] 本發明設計的奧氏體耐熱鋼，其化學成分，按重量百分數計為：C:0. 035? 0· 15 %，Si:彡 1. 5 %，Μη:0· 4 ?2. 0 %，Cr:20 ?26 %，Ni:20 ?28 %，Co:l. 0 ?2. 0， Nb:l. 1 ?2. 0%，Cu:2. 6 ?4. 0%，V:0. 10 ?0· 50%，N :0· 1 ?0· 4%，Zr:0. 001 ?0· 080%， Β:0· 002 ?0· 020%，W: 1. 5 ?5· 0%，Μ〇:0· 5 ?3. 0%，Ce:0. 001 ?0· 030,其餘為 Fe 和雜 質元素。
[0007] C:0. 035 ?0· 15% (作為優選：C:0. 040 ?0· 10% )
[0008] C是本發明的關鍵元素之一，由於C是構成碳化物M23C6、MX析出相的關鍵元素，碳 化物又主要起強化晶界的作用。鋼在高溫應力作用下的失效特徵是沿晶界開裂，碳化物的 主要貢獻是強化晶界。碳化物的數量、粒度、形態、分布特徵對高溫長時強化起重要影響，因 此，含碳量的確定要考慮與鋼中Cr、Nb、V等其他元素的含量的相互配比，當鋼中C含量過低 時，由於Cr當量過高會出現鐵素體，或者在高溫長期運行後出現a -Cr相析出，導致鋼的強 度降低；C量過低會減少M23C6碳化物的析出量，影響晶界強度，C量過低會減少MX(即（Nb， V) (C、N))相的析出量，降低了晶內的析出強化。
[0009] Si 1. 5%
[0010] Si是由煉鋼的鐵原料中帶入和煉鋼時脫氧劑中帶入的，適量的Si可以提高抗氧 化性，Si含量高時會降低鋼的塑形和衝擊韌性。
[0011] Μη:0·4 ?2.0%
[0012] Μη是奧氏體形成元素，可以代替Ni起平衡奧氏體的作用，鋼中Μη含量高可能會影 響焊接性能，因此，要根據綜合性能要求決定Μη量的控制；
[0013] Cr: 20 ?26% (作為優選：Cr: 22 ?25% )
[0014] Cr的作用是兩方面的，一方面需要保證奧氏體基體中含有足夠量的Cr，才能使鋼 具有良好的抗高溫蒸汽氧化腐蝕；另一方面，Cr是形成碳化物的關鍵元素，為保證晶界的 強度，必須有適量的Cr量以形成一定量的M 23C6碳化物強化晶界。本發明鋼中Z相是主要 的強化相之一，Z相即CrNbVN相，需要一定Cr量，尤其本發明中有大量Cr當量形成元素， 如Cr、W、Mo、Nb、V，需要足夠的Ni量才能平衡和保證長時運行的組織穩定。但是，Cr是鐵 素體形成元素，高Cr含量使鋼中形成鐵素體，會導致鋼的強度下降。本發明已經獲得控制 Cr量的範圍；
[0015] Ni :20 ?28% (作為優選：Ni:24 ?27% )
[0016] Ni是奧氏體形成元素,足夠的Ni量才能保證形成全奧氏體組織。
[0017] Co: 1.0 ?2.0，
[0018] Co是奧氏體形成元素，和Ni共同穩定和強化奧氏體基體。
[0019] Nb :1.1 ?2.0%
[0020] Nb的作用，第一，形成Z相（CrNbVN)強化；第二，Nb在高溫條件下進入Laves相， 使Laves相強化；第三，Nb形成少量的（Nb，V) (C，N)即MX相，他是納米級相，彌散分布在晶 內，起強化作用；第四，Nb進入奧氏體基體中起到固溶強化的作用，本發明已經掌握Nb添加 的最佳範圍；
[0021] N :0.10 ?0.40，
[0022] N是奧氏體形成元素，N的作用，第一，穩定奧氏體組織，第二，形成Z相（CrNbVN)， 第三，形成（Nb，V) (C，N)相強化晶內，從而提高鋼的高溫強度。
[0023] Cu:2. 6 ?4. 0% (作為優選：Cu:2. 8 ?3. 5% )
[0024] Cu是奧氏體形成元素，穩定奧氏體基體。Cu加入的目的是，在高溫應力條件下鋼 中逐漸析出含Nb、V的富Cu相，透射電鏡觀察到，顆粒狀富Cu相的尺寸在5?20nm，是納米 級的強化相，主要彌散分布在晶內，強化基體。隨著Cu含量增加，富Cu相析出量增加，強化 的同時鋼的高溫熱塑性會降低。Cu含量的增加會即影響鋼的熱加工性能，需要合理配比。
[0025] V :0.10 ?0.50%
[0026] V的添加主要目的第一是進入Z相（CrNbVN)，使Z相強化，提高鋼的高溫強度，第 二V元素在高溫下進入Laves相，使Laves相強化；第三，V元素也進入（Nb，V) (C，N)相，即 MX相，強化MX相提高晶內強度；
[0027] Zr:0. 001 ?0· 080%
[0028] Zr添加的目的，Zr元素存在於晶界，使晶界得到強化，晶界強化提高了鋼的高溫 持久強度。隨著Zr含量增加，鋼的高溫熱塑性會降低，同時會影響鋼的熱加工性能；
[0029] Β:0· 002 ?0· 020%
[0030] Β的加入目的是由於Β存在於晶界，使晶界得到強化。鋼在高溫下的失效一般是沿 晶斷裂，即在等強溫度以上，晶界的強度低於晶內的強度而導致沿晶斷裂失效，因此，加入 適量的B，提高晶界強度而使鋼的持久強度得到提高；
[0031] W:l. 5 ?5. 0% (作為優選：W:2. 5 ?4% )
[0032] W的添加目的，少部分W進入M23C6碳化相中，可以強化M23C6，一部分W形成Laves 相，主要強化晶內，部分W進入奧氏體基體中形成固溶強化，提高基體強度；
[0033] Μο:0· 5 ?3. 0% (作為優選：1· 0 ?2. 5% )
[0034] Mo的添加目的，第一：固溶強化，提高基體強度，第二，Mo進入M23C6碳化相中，強化 M23C6 相；
[0035] Ce:0. 001 ?0· 030%。
[0036] Ce -方面提高鋼的抗氧化性，另一方面強化晶界。
[0037] 本發明的有益效果在於：本發明通過鋼中添加元素的合理配比，在高溫時效狀態 下析出的第二相有Z相、Laves相、M 23C6相和富Cu相共同強化，使鋼在高溫長時應力條件下 保持組織穩定，保證性能穩定。
[0038] 本發明使鋼在高溫下具有高的高溫強度（包括持久強度），高於S30432鋼和 S31042鋼。通過加入適量的Ce保證在高溫下具有良好的抗蒸汽氧化腐蝕性能，其性能與 S31042鋼相當。
[0039] 石油和化工生產中需要大量爐管和鍛件，本發明鋼中含24-26% Cr，能滿足鋼管 在高溫下抗腐蝕要求，高溫強度性能高於TP310H、TP310M〇LN奧氏體耐熱鋼。
[0040] 本發明鋼的性能也適用於超超臨界機組中使用的鍋爐過熱器、再熱器、汽輪機葉 片及鍛件等原材料。本發明鋼也適用於高溫用石化的爐管，代替TP310H、TP310MOLN。
【具體實施方式】
[0041] 實施例和對比例的冶煉是在25KG真空感應爐中進行，其化學成分列於表1，鋼錠 均採用鍛造開坯，鍛成試棒和熱處理後再對試樣分別進行高溫力學性能測試，檢測結果列 於表2。
[0042] 表1是本發明實施例和對比例鋼的化學成分（按重量百分數）；
[0043] 表2是本發明實施例和對比例鋼的性能。700°C高溫拉伸試驗按GB/T 4338-2006 金屬材料高溫拉伸試驗方法進行，持久試驗按GB/T 2039-2012金屬材料單軸拉伸蠕變試 驗方法執行。
[0044] 表1本發明實施例和對比例鋼的化學成（wt % )
[0045]
【權利要求】
1. 一種奧氏體耐熱鋼，其特徵在於：所述奧氏體耐熱鋼的化學成分，按重量百分數計 為，C:0. 035 ?0· 15 %，Si:彡 1. 5 %，Μη:0· 4 ?2. 0 %，Cr:20 ?26 %，Ni:20 ?28 %， Co:l. 0 ?2. 0, Nb:l. 1 ?2. 0 %，Cu:2. 6 ?4. 0 %，V:0. 10 ?0· 50 %，N :0· 1 ?0· 4 %， Zr:0. 001 ?0. 080%, Β:0. 002 ?0. 020%, W:l. 5 ?5. 0%, Μο:0. 5 ?3. 0%, Ce:0. 001 ? 0. 030,其餘為Fe和雜質元素。
2. 如權利要求1所述的奧氏體耐熱鋼，其特徵在於：所述C:0. 040?0. 10%，所述 Cu:2. 8 ?3. 5%，所述 W: 2. 5 ?4%，所述 Mo: 1. 0 ?2. 5%。
3. 如權利要求1或2所述的奧氏體耐熱鋼，其特徵在於：所述Cr:22?25%，所述 Ni:24 ?27%。
【文檔編號】C22C38/58GK104195460SQ201410444005
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月2日 優先權日:2014年9月2日
【發明者】宋建新, 周志斌, 劉一鳴, 陳澤民, 侯小龍, 楊之光, 王榮榮, 徐奇 申請人:江蘇武進不鏽股份有限公司