[發明專利]一種復合強化22/15鉻鎳型高強抗蝕奧氏體耐熱鋼

有效

• 申請號: 201310719141.4
• 申請日: 2013-12-24
• 公開（公告）號: CN103643171A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發明（設計）人: 謝錫善;于鴻垚;遲成宇;董建新
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C22C38/58
• 分類號: C22C38/58;C22C38/54;C21D1/18
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

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技術領域

本發明屬于金屬材料領域，涉及一種超超臨界電站鍋爐用多種納米析出相復合強化的22/15鉻鎳型高強抗蝕奧氏體耐熱鋼。?

背景技術

電力是保證國民經濟可持續發展的一個重要能源支柱。當前我國的總發電量約80%來自燃煤火力電站。要提高發電廠熱效率達到節能減排（CO₂及其它有害氣體）保護環境已是我國重要的基本國策之一。為了達到這個目的，大力開展高蒸汽參數的超超臨界發電機組已是世界燃煤電廠發展的重要方向。我國于2006年12月第一臺600℃超超臨界燃煤發電機組投入運行，各項指標均已達到國際先進標準。此后我國大力發展600℃超超臨界機組，至今已超過100臺機組投產，在世界超超臨界燃煤發電機組總量上占絕對優勢。發展600℃超超臨界發電機組的必要條件是使用優質高強抗蝕奧氏體型耐熱鋼。?

為超超臨界鍋爐—汽輪機發電機組提供600℃高參數蒸汽鍋爐中溫度最高的關鍵部件是過熱器和再熱器管道。目前廣泛采用的是以單一的NbC或Nb（CN）即MX納米相析出強化的18/10型鉻鎳奧氏體耐熱鋼TP347H，以及用納米富Cu相和MX兩種相析出強化的Super304H奧氏體耐熱鋼和用納米MX和NbCrN兩種析出相析出強化的25/20鉻鎳型奧氏體耐熱鋼HR3C。在這三種目前廣泛使用商用鋼種中Super304H具有最高的持久強度，HR3C鋼具有最好的抗氧化腐蝕性能。但是，HR3C鋼在高溫長期時效后會產生沖擊韌性急劇下降的嚴重缺點，迫切需要改進。?

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發明內容

本發明目的是為了滿足電站鍋爐過熱器/再熱器的實際服役條件，即同時獲得具有優良的高溫持久強度和優良的抗氧化腐蝕性能，同時為了解決長期時效后沖擊性能下降的問題，?

在600℃等級超超臨界電站鍋爐過熱器/再熱器管道用材料中，TP347H、Super304H及HR3C耐熱鋼是現階段用量最大的三種商用耐熱鋼。但是TP347H高溫強度相對較低；Super304H盡管具有優良的高溫強度但是其抗氧化腐蝕性能略低，而HR3C在這三種材料中盡管抗氧化腐蝕性能較好，但HR3C的沖擊韌性及高溫強度略低。本發明通過加入Cu，Nb，N等合金元素，使材料的綜合性能提高。

本發明的超超臨界鍋爐用高強抗蝕奧氏體型耐熱鋼，其特征在于具有如下的化學成分（質量%）：C?0.02-0.10，Cr?20-25，Ni?12-18，Cu?2-5，Nb?0.2-1.0，N?0.2-0.8，Si＜1，Mn＜2，S＜0.03，P＜0.03，0.001-0.008%B，余量為Fe。其熱處理工藝是固溶處理，即在1150℃保溫30min后水淬。?

本發明高強耐熱22/15型鉻鎳奧氏體耐熱鋼的成分特點考慮了如下因素：?

鉻：Cr是提高抗氧化腐蝕性能的主要元素，在蒸汽氧化的條件下可以形成富Cr的致密氧化層，保護材料不被進一步氧化，因此應保證Cr含量在20%以上；同時Cr能與C、N元素形成碳化物、氮化物或者碳氮化物，可以在晶內析出，起到第二相強化的效果，亦可在晶界析出，起到釘扎晶界的作用，使材料獲得良好的強度。

鎳：Ni是保證形成奧氏體的重要元素與Cr元素配合以保持高的抗氧化腐蝕性能，考慮到一定的經濟因素，Ni保持在15%左右。由此形成22/15鉻鎳型基體比25/20鉻鎳型奧氏體鋼HR3C略低的鉻和鎳的含量。?

銅：Cu是在鉻鎳奧氏體鋼中形成納米富Cu相析出強化的一個非常重要的元素，由于大量富Cu相的彌散分布均勻析出強化而造成優異的強化效果。采用18/10鉻鎳Super304H奧氏體鋼中析出富Cu相強化的優點而引入22/15型高鉻鎳奧氏體鋼中也能產生富Cu相析出強化既是本發明的一個特色也是本發明鋼種的一個優點。?

鈮：Nb具有一定的固溶強化作用但主要是與C和N形成穩定細小的納米時效析出Nb（C，N）即MX相而產生良好的強化效果。Nb（C，N）型MX相時效析出強化是本發明鋼種中一種不可缺少的納米級穩定強化相。?

氮：N與碳有類似的作用，是一種間隙原子，如上所述與Nb形成穩定細小的納米析出相Nb（C，N）型MX相。N在本發明中的又一特點是與Nb和Cr形成NbCrN型另一種納米級的時效析出強化相，NbCrN相具有良好的熱穩定性，可以提高材料的高溫強度，這也是本發明組織設計中的一個特點。?

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硅：Si是鋼中一種不可避免的常存雜質元素，過高的Si含量會促進脆性的σ相形成或富Si的G相在晶界析出，因此本發明要求將Si控制在1%以下。

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