[發(fā)明專利]一種奧氏體系耐熱鋼及其制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010289704.7
• 申請(qǐng)日: 2010-09-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102409257A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-04-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王起江;洪杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 寶山鋼鐵股份有限公司
• 主分類號(hào): C22C38/54
• 分類號(hào): C22C38/54;C22C38/58;C21D8/00
• 代理公司: 北京市金杜律師事務(wù)所 11256
• 代理人: 鄭立柱;金惠淑

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種奧氏體系鋼，特別是涉及一種具有良好高溫強(qiáng)度以及蠕變斷裂延展性的奧氏體系耐熱鋼及其制造方法。本發(fā)明的奧氏體系耐熱鋼適合用于鍋爐的過(guò)熱器管、再熱器管以及化學(xué)工業(yè)用反應(yīng)爐管等使用的鋼管、作為耐熱耐壓部件而使用的鋼板、條鋼以及鍛鋼等的原材料。

背景技術(shù)

節(jié)省能源、以及為保護(hù)環(huán)境而減少二氧化碳?xì)怏w的排放量已經(jīng)成為人類需要共同面對(duì)的一個(gè)課題。為了實(shí)現(xiàn)高效率化，提高蒸汽溫度以及壓力是電站鍋爐的發(fā)展趨勢(shì)。目前超超臨界鍋爐的蒸汽溫度在600℃左右，而計(jì)劃逐漸要達(dá)到650℃以上，甚至更進(jìn)一步要達(dá)到700℃以上。

蒸汽的高溫高壓化，會(huì)使鍋爐的過(guò)熱器管、再熱器管和化學(xué)工業(yè)用反應(yīng)爐管，以及作為耐熱耐壓部件的鋼板、條鋼和鍛鋼等在實(shí)際操作的時(shí)候溫度上升至700℃以上。因此對(duì)于如此惡劣環(huán)境下使用的鋼，不但要求其具有良好的高溫強(qiáng)度以及高溫耐腐蝕性，而且要求其經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間后仍具有良好的金屬組織穩(wěn)定性、蠕變斷裂延展性以及耐蠕變疲勞特征。

奧氏體耐熱鋼與鐵素體耐熱鋼相比具有良好的高溫強(qiáng)度以及高溫耐腐蝕性。因此從強(qiáng)度以及耐腐蝕性方面考慮，可以在不能使用鐵素體耐熱鋼的650℃以上的高溫范圍內(nèi)使用奧氏體耐熱鋼。

截至目前，有相當(dāng)?shù)膶W(xué)者和研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行了大量的可以同時(shí)提高高溫強(qiáng)度以及高溫耐腐蝕性的實(shí)驗(yàn)，并且提出了大量不同化學(xué)成分的奧氏體系耐熱鋼，對(duì)比成分見(jiàn)表1。

具有代表性的例如SUS347H以及S30432為代表的18Cr-8Ni鋼，以S31042、NF709為代表的25Cr-20Ni系鋼。添加適量的Nb和N，通過(guò)高溫蠕變過(guò)程中析出彌散的Nb析出相來(lái)提高材料的高溫蠕變強(qiáng)度。

在CN?1519388A中，通過(guò)組合加入極微量的Ti與適量的O以及金屬組織的適當(dāng)化，從而得到一種蠕變強(qiáng)度高，蠕變斷裂斷面收縮率高的奧氏體耐熱鋼。

在US?6918968B2專利中，通過(guò)添加適量的Cu元素，得到富銅析出相，同時(shí)限制P含量、Al含量和O含量，從而提高蠕變強(qiáng)度。

在上述的專利以及CN1340109，US?7731895B2，US?6939415B2等專利文獻(xiàn)公開(kāi)的鋼中無(wú)一例外地都通過(guò)添加適量的C來(lái)確保作為高溫用奧氏體系不銹鋼的拉伸強(qiáng)度和高溫蠕變強(qiáng)度，因此現(xiàn)在普遍的奧氏體耐熱鋼C元素的含量都在0.03％以上，但C元素的添加使得焊接性能下降，更為重要的是，在高溫持久服役過(guò)程中，由于大量碳化物沿著晶界析出，導(dǎo)致高溫蠕變斷裂延展性和高溫時(shí)效沖擊韌性大大降低。700℃200小時(shí)高溫時(shí)效后材料的常溫沖擊韌性由時(shí)效前的200J以上迅速降低到20J以下，通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，這主要是由于沿著晶界析出了大量碳化物，從而降低了材料的沖擊韌性。

發(fā)明內(nèi)容

在借鑒上述實(shí)際情況的基礎(chǔ)上，相對(duì)現(xiàn)有鋼種，通過(guò)限制C含量，減少高溫蠕變過(guò)程中碳化物在晶界的析出和富集，從而提高其蠕變斷裂延展性，同時(shí)通過(guò)添加適量的Cu元素和硼元素，在高溫蠕變過(guò)程中析出富銅相和硼析出相，從而彌補(bǔ)低碳導(dǎo)致的高溫蠕變強(qiáng)度的損失，得到一種高溫蠕變強(qiáng)度和高溫蠕變斷裂延展性均較好的奧氏體耐熱鋼。

本發(fā)明的目的在于提供一種在700℃溫度，負(fù)載應(yīng)力110MPa的條件下，具有優(yōu)良的高溫蠕變斷裂強(qiáng)度和高溫蠕變斷裂延展性，同時(shí)在700℃下5000小時(shí)時(shí)效后具有良好沖擊韌性的一種奧氏體耐熱鋼。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的奧氏體系耐熱鋼，其化學(xué)成分(質(zhì)量百分比)為：C：0.03以下，Si：0.1-2％，Mn：0.1-3％，P：0.03％以下，S：0.01％以下，Ni：18-25％，Cr：20-28％，Ti：0.002-0.2％，N：0.1-0.4％，Nb：0.1-1％，V：0.02-1％，B：0.0005-0.05％，Cu：0.1-3％，Sol.Al：0.001-0.05％，其余為鐵及雜質(zhì)。