[發明專利]一種高鋁鐵素體耐熱鋼

無效

• 申請號: 201110223721.5
• 申請日: 2011-08-05
• 公開（公告）號: CN102268603A
• 公開（公告）日: 2011-12-07
• 發明（設計）人: 向志東;陳曉;袁澤喜;陳子宏;賈涓;宋新麗;湯茜;沈東東;潘虹;吳潤
• 申請（專利權）人: 武漢科技大學
• 主分類號: C22C38/32
• 分類號: C22C38/32
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 樊戎

技術領域

本發明屬于鐵素體耐熱鋼技術領域，具體涉及一種高鋁鐵素體耐熱鋼。

背景技術

為了大幅降低燃耗、節省能源、減少CO₂及其它有害氣體的排放量，從而減少溫室效應和環境污染，有必要提高火電機組汽輪機的工作溫度。例如，將燃煤蒸汽輪機蒸汽的操作溫度從550～580℃提高到620～650℃，工作壓力提升到300大氣壓(atm)，可將機組的發電效率提高10％左右，帶來可觀的經濟和環保效益。然而，工作溫度的提高對耐熱鋼的高溫性能提出了更高的要求，不僅需要耐熱鋼具有足夠好的高溫抗蠕變強度，并且也要求其具有優良的高溫抗氧化/腐蝕性能。

目前用于制造燃煤蒸汽輪機等高溫結構部件的鐵素體耐熱鋼都是一類Cr含量為9～12wt％的鐵素體耐熱鋼(如：P92鋼)，經適當正火和回火后使用。在620～650℃的溫度區間，這類鐵素體耐熱鋼雖然能夠具有較好的抗蠕變強度，但是抗氧化性能差，特別是抗水蒸汽氧化性能差，其表現特征是氧化時只能生成不具有防護性的表面Fe₂O₃或Fe₃O₄氧化膜，而不能生成具有防護性的表面Cr₂O₃鈍化膜。另外，即便能夠通過調整成份使這類耐熱鋼具有在氧化時生成表面Cr₂O₃鈍化膜的能力，這樣的表面鈍化膜在高溫水蒸汽環境中的化學穩定性差，能夠水解揮發。所以它不僅在高溫水蒸汽中的防護能力差，且水解揮發物能夠沉積在蒸汽輪機或其它機械系統中溫度較低的部位，破壞系統設備。

要使耐熱鋼具有抗高溫水蒸汽的性能，則需要使其具有在氧化時自生成表面Al₂O₃鈍化膜的能力。目前，雖有能在高溫氧化時生成表面Al₂O₃鈍化膜的耐熱鋼的制造方法(CN1179477A、US2008/0163957?A1和US7744813?B2)的技術公開，但都是奧氏體耐熱鋼，其中鎳含量高達20％以上，造價貴，并且奧氏體鋼是一類晶體結構與鐵素體鋼有本質上不同的鋼材，其導熱性能和熱膨脹性能比鐵素體鋼差。

發明內容

本發明旨在克服現有技術缺陷，目的是提出一種成本低、抗高溫氧化、抗高溫蠕變的高鋁鐵素體耐熱鋼。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：耐熱鋼化學成分及其質量百分含量是：Cr為9～15wt％，Co為1～5wt％，W為0.5～4wt％，Mo為0.5～4wt％，Al為2～4wt％，Nb為0.01～0.9wt％，V為0.1～0.8wt％，C為0.001～0.08wt％，N為0.001～0.05wt％，B為0.001～0.02wt％，Si為0.1～0.4wt％，Ti為0.01～0.1wt％，Ta為0～0.5wt％，Re為0～0.1wt％，余量為鐵和不可避免的雜質。

其中的Re為Y或為Hf或為Ce。

該高鋁鐵素體耐熱鋼的制備方法是，按所述的耐熱鋼化學成分及其質量百分含量進行配料，將其加入真空感應爐中熔煉，然后澆鑄成鋼錠，采用熱軋或熱鍛方法制成板材或棒材；再在1050～1100℃條件下正火1～1.5小時，然后在780～800℃條件下回火1～1.5小時，爐冷，即得高鋁鐵素體耐熱鋼。

由于采用上述技術方案，本發明以鐵作為基體，往其中加入適量的Cr、Co、W、Mo、Al、Mn、Si、Nb、V、Ta、C、N和B的合金元素，還加入Y或Hf或Ce，實現集固溶強化、Laves?Fe₂(W，Mo)相和M(C，N)析出相強化為一體的綜合熱強化，提高鐵素體鋼的抗高溫蠕變性能，并且使這類鐵素體耐熱鋼在高溫氧化環境中能夠自生成具有防護作用的表面Al₂O₃鈍化膜。使其在高溫氧化環境中，特別是在高溫水蒸汽中，具有好的高溫抗氧化性能。從而使鐵素體耐熱鋼具有抗高溫氧化和抗高溫蠕變的雙重功能。