[發明專利]一種新型高鉻鐵素體耐熱鋼及形變熱處理工藝

無效

• 申請號: 201210491758.0
• 申請日: 2012-11-27
• 公開（公告）號: CN102994888A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 劉永長;王欽;馬宗青;余黎明;高志明
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C22C38/32
• 分類號: C22C38/32;C21D8/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李麗萍

技術領域

本發明屬于高鉻鐵素體耐熱鋼生產技術領域，特別涉及一種新型高鉻鐵素體耐熱鋼成分設計及其形變熱處理工藝。

背景技術

電站電力設備技術向大功率、高參數方向的發展，與鐵素體耐熱鋼的發展密切相關。只有獲得具有足夠蠕變強度能承受高溫高壓的耐熱鋼材料，才能盡可能提高電站運行的蒸汽參數，達到理論上的效率增長。所以長期以來國內外的科研人員一直在進行著鐵素體耐熱鋼的研制與開發。隨著蒸汽參數的提高，超超臨界發電機組對耐熱鋼提出了更高的要求，應當具有如下優良的性能：

（1）常溫力學性能：較高的抗拉強度和屈服強度，良好的沖擊韌性；

（2）高溫力學性能：優異的高溫持久性能，抗蠕變性能；

（3）化學性能：良好的高溫抗氧化性能和抗蒸汽腐蝕性能；

（4）工藝性能：優良的冷熱加工性能及焊接性能；

（5）物理性能：較低的熱膨脹系數和良好的導熱性；

（6）經濟性：盡可能高的性價比。

從廣義上來說，由于其服役狀態下的基體組織都為體心立方（BCC）結構，故而低合金和中合金耐熱鋼都可歸結為鐵素體系耐熱鋼。鐵素體系耐熱鋼的發展可以分為兩條主線，一是縱向通過逐漸提高主要的耐熱合金元素Cr的成分含量，即從0Cr到2.25Cr，再到9-12Cr；二是橫向通過填加V、Nb、Mo、W和Co等合金元素，提高其沉淀強化及固溶強化能力。從簡單的CMn-鋼開始到9-12%Cr鐵素體系耐熱鋼，在發展歷程中通過采用多元合金化和組織結構控制，并結合多種不同的強化機制，使蠕變強度不斷得到提高（提高近10倍）。研究證明，9-12%Cr鐵素體耐熱鋼是鐵素體系耐熱鋼中蠕變強度最高的鋼系。因而近年來，日本、歐洲及北美的發達國家在注重改善奧氏體鋼性能并提高性價比的同時，已將研發重點轉向了9-12%Cr系鐵素體耐熱鋼。

目前，針對于鐵素體耐熱鋼的研究，主要集中于如下幾個方面：

（1）根據合金化原理，繼續對現有鐵素體耐熱鋼的成分進行微調，通過改變合金成分試圖增強其高溫下的強化效果。例如固溶強化元素Co，彌散強化元素Ta、Ti、平衡元素Cu的引入。不過合金元素的過多添加雖然可以提高常溫及高溫拉伸及屈服強度，但是反而會導致高溫下組織演變速率的加快，從而導致持久強度反而降低。而且，合金元素的加入還會劣化焊接性能，以及導致成本的上升。因此，適當數量和成分的元素添加對組織演化和長期蠕變的影響目前還是國際上的熱點。

（2）根據組織控制原理，通過改變鐵素體耐熱鋼的熱處理工藝參數，改變其第二相粒子及晶界的分布，從而提高彌散強化和晶界強化的效果。結合耐熱鋼的具體成分，制訂最合適的正火、冷卻及回火參數，可有效提高材料的高溫強度，從而延緩蠕變過程中的裂紋擴展速率。此外，控軋控冷、形變熱處理等新型工藝的引入也同樣可以達到提高高溫蠕變強度的目的。

（3）隨著服役溫度的提高，目前鐵素體耐熱鋼的Cr含量往往不能保證足夠的抗腐蝕能力。因此，表面處理技術的引入成為了鐵素體耐熱鋼防腐方面的重點。一方面，要求材料表面具有足夠的抗腐蝕抗氧化能力，另一方面，表面涂層與基體的結合強度和彈性模量的匹配也應該在考慮范圍內。

（4）新的加工制造技術的引入，主要包括ODS（oxide-dispersed?steels，氧化物彌散強化鋼）鋼的制備。ODS鋼主要通過熱等靜壓燒結等手段將合金粉末和細小彌散的氧化物顆粒結合成塊體來實現。其高溫強度及抗蠕變能力都要遠遠高于傳統的鐵素體耐熱鋼，但是其弊端也非常明顯：造價非常昂貴；生產工藝復雜；對于體積較大的管件則需要更大的磨具，使其無法生產大口徑管件；焊接工藝還有待進一步研究。

發明內容

針對上述現有技術，通過對現有的鐵素體耐熱鋼進行成分調整，提供一種新型高鉻鐵素體耐熱鋼，并提供了相應的形變熱處理工藝，從而可以提高該耐熱鋼的服役溫度。

為了解決上述技術問題，本發明一種新型高鉻鐵素體耐熱鋼按照質量百分比具有以下組分組成：C0.08-0.1%，Si≤0.5%，Mn0.3-0.6%，Cr8.5-9.0%，Mo0.3-0.6%，W1.5-2.0%，V0.20-0.25%，Cu0.02%，Nb0.07-0.09%，Ti<0.005%，B0.004-0.005%，N<0.005%，其余為Fe和雜質。