[發(fā)明專利]鐵素體類耐熱鋼

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200680010223.X
• 申請日: 2006-04-06
• 公開（公告）號: CN101151388A
• 公開（公告）日: 2008-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吉澤滿;五十嵐正晃;宮原光雄;野口泰隆
• 申請（專利權(quán)）人: 住友金屬工業(yè)株式會社
• 主分類號: C22C38/00
• 分類號: C22C38/00;C22C38/32
• 代理公司: 北京林達劉知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所
• 代理人: 劉新宇;張會華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鐵素體類耐熱鋼。更加詳細地說，涉及一種高溫長時間蠕變強度與蠕變疲勞強度優(yōu)良的鐵素體類耐熱鋼。本發(fā)明的耐熱鋼適用于在鍋爐、核能發(fā)電設(shè)備以及化學(xué)工業(yè)設(shè)備等在高溫、高壓環(huán)境下使用的熱交換用鋼管、壓力容器用鋼板、渦輪材料等。

背景技術(shù)

對于鍋爐、核能發(fā)電設(shè)備以及化學(xué)工業(yè)設(shè)備等在高溫、高壓環(huán)境中使用的耐熱鋼，一般要求高溫蠕變強度、蠕變疲勞強度、耐腐蝕性以及耐氧化性等。

高Cr鐵素體鋼在500～650℃溫度中的強度和耐腐蝕性比低合金鋼優(yōu)良。另外，高Cr鐵素體鋼的特征在于，由于導(dǎo)熱率高且熱膨脹率低，因此，與奧氏體類不銹鋼相比，耐熱疲勞特性優(yōu)良且價格便宜。另外，具有很難產(chǎn)生氧化皮剝離，不會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋等多個優(yōu)點。

從20世紀80年代后半期到20世紀90年代，ASME?P91鋼作為高強度鐵素體類耐熱鋼得到實際應(yīng)用，在蒸汽溫度566℃以上的超臨界壓力鍋爐中使用。另外，在近些年，提高了蠕變強度的ASME?P92鋼得到實際應(yīng)用，使用該鋼的蒸汽溫度為600℃左右的特超臨界壓力鍋爐得到應(yīng)用。

現(xiàn)在，為了保護環(huán)境，需要減少CO₂的排放量。因此，即使在火力發(fā)電鍋爐中，也需要更高的高溫高壓。為了使現(xiàn)在實用的ASME?P92鋼也能在更高溫度區(qū)域、例如大約630℃下使用，必須使用壁厚較厚的構(gòu)件。

由于火力發(fā)電設(shè)備要進行頻繁地起動與停止，因此，尤其對于厚壁構(gòu)件，蠕變疲勞強度變得重要。ASME?P92鋼與ASMEP91鋼相比，蠕變強度大幅度提高，但是蠕變疲勞強度相同。為了使更高溫高壓的高溫高壓鍋爐實用化，必須改善ASMEP92鋼的蠕變疲勞強度。

專利文獻1及2公開了含有8～14％Cr的耐熱鋼的發(fā)明。另外，專利文獻3公開了含有8～13％Cr的耐熱鋼的發(fā)明。但是，上述文獻所公開的發(fā)明沒有將改善耐熱鋼的蠕變疲勞強度作為目的。雖然上述發(fā)明的鋼也可以含有Nd，但不是下述充分利用了Nd夾雜物的有效作用的鋼。

專利文獻1：日本特開2001-192781號公報

專利文獻2：日本特開2002-224798號公報

專利文獻3：日本特開2002-235154號公報

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種高溫長時間蠕變強度優(yōu)良、且蠕變疲勞強度也優(yōu)良的鐵素體類耐熱鋼。

圖1是表示蠕變疲勞試驗的應(yīng)變波形的一個例子的圖。圖1(a)表示的是一種PP波形，是一種以高速施加應(yīng)變以使拉伸一側(cè)與壓縮一側(cè)都不產(chǎn)生蠕變應(yīng)變的波形。圖1(b)表示的是一種CP波形。該CP波形是為了導(dǎo)入拉伸的蠕變應(yīng)變，而在拉伸一側(cè)以低速、在壓縮一側(cè)以高速施加應(yīng)變的波形。

比較上述PP波形下的壽命與CP波形下的壽命，則受到蠕變損傷的CP波形下的一方壽命短。一般情況下，在0.4～1.5％的全應(yīng)變范圍內(nèi)進行蠕變疲勞試驗，對在鍋爐、核能發(fā)電設(shè)備以及化學(xué)工業(yè)設(shè)備的高溫高壓環(huán)境中使用的耐熱鋼壽命進行評價。

因為在高溫高壓下長時間使用上述鍋爐等設(shè)備，因此，各個構(gòu)件產(chǎn)生蠕變應(yīng)變，承受CP型負載。另外，通常為了確保在高溫高壓下使用的構(gòu)件的蠕變疲勞壽命，在實際使用中采用減少產(chǎn)生應(yīng)變的構(gòu)造。因此，對于在上述設(shè)備中使用的高Cr鐵素體鋼，需要在CP波形下、0.5％左右的全應(yīng)變范圍內(nèi)確保蠕變疲勞壽命，其中，該0.5％左右的全應(yīng)變范圍為上述蠕變疲勞試驗的全應(yīng)變范圍、即0.4～1.5％中的低應(yīng)變區(qū)域。

上述ASME?P91與P92鋼在600℃中的10萬小時蠕變強度分別為大約98MPa及128MPa，P92鋼的強度高。但是，可以看出，在600℃中，在圖1的CP波形中實施0.5％全應(yīng)變范圍的蠕變疲勞試驗時，壽命都是大約3000次循環(huán)、沒有大的差別。即，可以得出下述結(jié)果：與P91鋼相比，P92鋼雖然蠕變強度增大，但是，蠕變疲勞強度沒有提高。從該結(jié)果可以研究P92鋼蠕變疲勞強度沒有提高的一些原因，換句話說，則包涵蠕變疲勞強度降低的原因。因此，本發(fā)明人為使P92鋼蠕變疲勞強度提高而進行了專心研究。

首先，對于由于認為是蠕變疲勞強度沒有提高的原因的合金元素偏析而引起的微量δ鐵素體的影響進行下述(a)的研究。

(a)調(diào)查δ鐵素體的影響