[發明專利]一種高強韌性低合金耐熱鋼及其制造方法

有效

• 申請號: 201410543054.2
• 申請日: 2014-10-15
• 公開（公告）號: CN105568173B
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發明（設計）人: 田玉新
• 申請（專利權）人: 寶鋼特鋼有限公司
• 主分類號: C22C38/48
• 分類號: C22C38/48;C22C33/04;C21D8/00
• 代理公司: 上海集信知識產權代理有限公司31254
• 代理人: 肖祎

技術領域

本發明屬于合金鋼領域，主要涉及一種高強韌性低合金耐熱鋼及其制造方法。

背景技術

航空發動機中的低壓軸以及緊固件是整個發動機中的關鍵部件，其工作溫度一般在400℃以下，主要傳遞扭矩以及保證低壓轉子同心的作用。因此，要求材料在中低溫下具有高的強度(室溫抗拉強度Rm≥1120MPa，380℃抗拉強度Rm≥950MPa)、高的韌性(室溫沖擊韌性KV2≥60J)等綜合性能，以滿足低壓軸及緊固件的長壽命和高可靠性要求。

目前應用較廣泛的CrMoV系耐熱鋼，含碳量一般在0.30％以下，雖然在500℃以上高溫的蠕變斷裂強度很好，但未必能滿足在中低溫使用的抗拉強度和韌性要求，在服役過程中有可能發生延性破壞和脆性破壞。為了改善中低溫區的強韌性，本發明提出了一種高強韌性低合金耐熱鋼。通過成分設計，雙真空熔煉工藝及鍛造加工工藝技術研究，研制出滿足在400℃以下使用的航空發動機用高強度高韌性低合金耐熱鋼。

中國專利CN1286317公開了一種具有優異焊接性能的高強度低合金耐熱鋼，該鋼含有較高的Cr、W元素，又添加了V、Nb、Ti、B等元素來改善合金的強韌性及降低熱開裂傾向。

中國專利CN1209464公開了一種在較低溫區抗拉強度和韌性以及在高溫區的蠕變斷裂強度俱佳的高韌性耐熱鋼。該鋼含有8-14％Cr，有較高的抗氧化性和耐蝕性。又添加較多的Mo、W等進一步強化，為了改善韌性還添加了1.5-5.0％Ni，為達到強韌性的最佳配合，又添加了V、Nb等元素，該鋼的最高抗拉強度達1100MPa。

日本專利特開平3-87332公開了一種高強度低合金耐熱鋼。該鋼焊接熱影響區域的軟化程度小，抗沖擊性能良好，可以在最高約600℃的溫度下使用，在 600℃，10000h的最高蠕變強度可達127MPa。

日本專利特開平4-268040公開了一種具有優異蠕變強度和韌性的低合金耐熱鋼。該鋼含有相對較高的Cr、W元素，不含Mo元素，如有必要，還添加La、Ce、Y、Ca、Zr、Ta、Mg等元素，其室溫抗拉強度最高僅為710MPa。

日本專利特開平5-345949公開了一種具有優異韌性和蠕變強度的低Cr鐵素體耐熱鋼，該鋼含有較多的Cr、Mo、W等元素，具有高的蠕變強度，為了改善焊接韌性，加入Ti等，為了改善抗氧化性和耐腐蝕性，加入了Cu，為了進一步提高強度，又加入了V、Nb等元素。

上述專利與本發明鋼的最大區別是其碳含量均在0.30％以下，因此，為了獲得一定的強度，只有增加鋼中Cr、Mo、W等元素的含量。本發明通過適當提高鋼中的碳含量，減少鋼中Cr、Mo、W等元素的含量，并添加適量的Ni、V、Nb等元素，來達到強韌性的最佳配合。

發明內容

本發明的目的是設計一種高強度低合金耐熱鋼及其制造方法。通過采用雙真空熔煉、大鍛造比成形技術，使鋼獲得高純度和優良的強韌性配合。該鋼的研制成功，可滿足在400℃以下使用的航空發動機用高強度高韌性耐熱鋼的要求。

為實現上述發明目的，本發明所采用的技術方案如下：

一種高強韌性低合金耐熱鋼，其包括按重量百分數計的如下組分：

C：0.40～0.50％；

Si：0.15～0.35％；

Mn：0.40～0.70％；

Cr：0.80～1.10％；

Ni：0.80～1.00％；

Mo：0.45～0.65％；

W：0.80～1.00％；

V：0.25～0.35％；

Nb：0.015～0.08％；

N：≤0.002％；

O：≤0.0015％；

余量為Fe及不可避免的雜質，雜質元素的總量低于0.05wt％。

本發明鋼選擇化學成分范圍的原因如下：

C：碳對鋼的室溫和中低溫機械性能、熱強性以及松弛穩定性等都有良好影響。在400℃以下，鋼的蠕變極限隨碳含量增加而提高。故優選C含量在0.40-0.50％。

Si：Si作為脫氧劑而加入于鋼中，并對提高抗氧化性有良好的效果。若鋼中Si含量小于0.10％，其效果不明顯；若Si含量增加至0.40％以上，其中的一部分會形成氧化物殘留在鋼中，使韌性降低。優選Si含量為0.15～0.35％。