[發明專利]具有納米析出相強化的鐵素體系耐熱鋼及其制造方法

無效

• 申請號: 200710113974.0
• 申請日: 2007-10-23
• 公開（公告）號: CN101148738A
• 公開（公告）日: 2008-03-26
• 發明（設計）人: 殷鳳仕;姜學波;薛冰;陳宗民;谷萬里;盛文斌;莫德秀;楊思一
• 申請（專利權）人: 山東理工大學
• 主分類號: C22C38/14
• 分類號: C22C38/14;C22C33/04;C21D1/28
• 代理公司: 淄博科信專利商標代理有限公司
• 代理人: 吳紅

技術領域

本發明涉及一種用于火力發電機組的具有納米析出相強化的鐵素體系耐熱鋼及其制造方法，屬于冶金技術領域。

背景技術

氣候變暖成為全球關注的熱點，減少CO₂等溫室氣體的排放已引起各國的重視。燃煤發電企業是CO₂氣體釋放的主要來源。為提高火力發電機組的效率，降低CO₂氣體的排放，其關鍵是提高發電機組的蒸汽參數。目前世界各國火電機組參數已由亞臨界參數發展到超臨界，甚至超超臨界(ultra-super?critical，USC)參數。發展USC機組的關鍵技術是開發熱強度高、抗高溫煙氣氧化腐蝕和高溫汽水介質腐蝕、可焊性和工藝性良好、價格相對低廉的材料。高鉻(9-12％鉻)鐵素體系耐熱鋼因其低廉的價格和良好的工藝性能在USC火電機組中獲得了廣泛應用。

9-12％鉻型高鉻耐熱鋼在正火和高溫回火狀態下使用，其微觀組織特征是在回火板條馬氏體基體上分布有MX(M是指釩、鈮等元素，X是指碳和氮)型碳氮化物和M₂₃C₆型(M是鉻和可置換鉻的金屬元素如鐵)碳化物強化相。其中，MX相比M₂₃C₆相尺寸小，穩定性高，在使用溫度下不易長大，可在長時間內保持強化作用。但在傳統的高鉻耐熱鋼中，MX型納米析出相尺寸一般在30～50nm之間，且顆粒密度較低，強化效果不顯著[張新寶(譯).利用納米級析出物提高鐵素體系耐熱鋼的強度.上海鋼研，2005(2)：39-43]。為利用穩定的MX型納米析出相強化高鉻耐熱鋼，專利ZL02801301.8公開了一種鐵素體系耐熱鋼及其制造方法，通過減少碳元素含量到0.01％以下，添加鈷元素確保淬火性，同時添加氮元素和MX形成元素，實現了在晶界上和晶內的界面上析出MX型強化相，提高了高溫蠕變強度。但其組成和加工工藝使MX型析出相主要分布在晶界和晶內的界面上，強化效果不顯著。文獻[R.L.Klueh，et?al.Development?of?new?nano-particle-strengthened?martensitic?steels.Scripta?Materialia，53(2005)275-280]采用熱機械處理(thermomechanical?treatment)的方法，在馬氏體板條內的基體中獲得了大量分布的MX型納米析出相，但由于存在變形組織而使材料出現各向異性。本發明人的前期工作[Feng-shi?Yin，et?al.Microstructure?and?creep?rupturecharacteristics?of?an?ultra-low?carbon?ferritic/martensitic?heat-resistant?steel.Scripta?Materialia?57(2007)469-472]盡管通過調整耐熱鋼的組成和熱加工工藝也在馬氏體板條內獲得了高密度的MX型納米析出相，但由于獲得的MX型納米析出相不穩定，在650℃、長時間蠕變條件下的斷裂強度并沒有提高。

發明內容

本發明的目的是提供一種能克服上述缺陷、工作性能優良的具有納米析出相強化的鐵素體系耐熱鋼及其制造方法，其技術方案為：

一種具有納米析出相強化的鐵素體系耐熱鋼，其特征在于其化學組分為：鉻：8.5～10.0％、鉬：0.3～0.5％、鎢：1.5～2.0％、鈷：3.0～4.5％、鎳：0～1.0％、氮：0.01～0.03％、釩：0.18～0.25％、鈮：0.05～0.08％、鈦：0.003～0.01％、碳：0.002～0.03％，余量為鐵和不可避免的雜質，在鋼的基體內分布有高密度的、均勻分布的MX型納米析出相，其尺寸在5～50nm之間，每平方微米顆粒數大于300個。

所述的具有納米析出相強化的鐵素體系耐熱鋼的制造方法，采用以下步驟：將構成元素的原料組合物依次經熔煉、澆注、鍛造或軋制后，先1050～1150℃保持0.5～1.5h正火處理，再回火處理。

所述的具有納米析出相強化的鐵素體系耐熱鋼的制造方法，回火處理包括兩次，第一次在650～720℃保持0.5～1.5h，空冷，第二次在750℃～780℃保持1～2h，空冷。

所述的具有納米析出相強化的鐵素體系耐熱鋼的制造方法，回火處理包括兩個階段，先在620～720℃保持0.5～1.5h，不經冷卻繼續加熱到750～780℃保持1～2h，然后空冷。

下面對規定各構成元素含量范圍的理由解釋如下：