[發明專利]一種新型Fe-Cr-Ni-Cu-N合金及其制備方法

在審

• 申請號: 201410643060.5
• 申請日: 2014-11-13
• 公開（公告）號: CN104451435A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 程曉農;郭順;李冬升;徐桂芳
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C22C38/54
• 分類號: C22C38/54;C22C33/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于冶金領域，尤其是一種新型Fe-Cr-Ni-Cu-N合金及其制備方法。

背景技術

當前我國致力于發展大容量、高參數的發電機組，對所用鋼材的高溫拉伸強度、持久蠕變性能和高溫抗氧化性能提出了極高的要求。Super304H合金(成分質量分數為C為0.07％～0.13％，Si≤0.3％，Mn≤0.5％，，Cr17.0％～19.0％，Ni7.5％～10.5％，Cu2.5％～3.5％，Nb0.3％～0.6％，N0.05％～0.12％P≤0.045％，S≤0.03％其余為Fe)是由日本住友鋼鐵公司開發的一種奧氏體不銹鋼材料，具有較高的高溫拉伸強度(600℃，約為432MPa)、持久蠕變性能(600℃、100000小時的持久極限強度約為220MPa)和高溫抗氧化性(700℃、100小時的氧化增重約為0.04mg/cm2)，但是仍難以滿足電站機組高參數對鋼材高溫拉伸強度、持久蠕變性能和高溫抗氧化性的要求，并且國內幾乎都不能生產，基本上都依賴進口。

發明內容

針對現有技術中存在不足，本發明提供了一種電站用新型Fe-Cr-Ni-Cu-N合金，該合金與Super304H相比，在高溫拉伸強度、持久蠕變性能和高溫抗氧化性能方面體現出明顯的優勢。

本發明是通過以下技術手段實現上述技術目的的。

一種新型Fe-Cr-Ni-Cu-N合金，以質量百分比計，含有C≤0.05％，Mn≤1％，Ni：8.5～10.5％，Cr：17.5～19.5％，Nb：0.30～0.50％，Cu：2.5～3.5％，N≤0.2％，Ti≤0.1％，B：0.006～0.01％，Si≤0.3％，S≤0.01％，P≤0.04％，余量為Fe。

進一步地，以質量百分比計，含有C≤0.03％，Mn≤0.6％，Ni：9.0～10.0％，Cr：17.5～18.5％，Nb：0.30～0.50％，Cu：2.5～3.5％，N≤0.2％，Ti≤0.05％，B：0.006～0.01％，Si≤0.2％，S≤0.005％，P≤0.01％，余量為Fe。

一種新型Fe-Cr-Ni-Cu-N合金的制備方法，包括以下步驟：

(1)按照各組分的配比稱取反應物原料；

(2)將稱好的原料采用真空爐冶煉后，去除冒口及鋼錠底部，得到鑄錠；

(3)將所述鑄錠進行鍛造處理，加熱溫度為1050～1150℃，加熱保溫時間為2～3h，開鍛溫度為1000～1060℃，終鍛溫度在950℃以上；

(4)對鍛造后的坯料進行固溶處理，固溶處理條件為：在1020～1080℃進行保溫1～1.5h，隨后水冷至室溫；

進一步地，步驟(3)中鍛造加熱溫度1100℃。

進一步地，所述合金用作電站發電機組傳熱管材。

本發明的新型Fe-Cr-Ni-Cu-N合金，其各種主要成分比例選擇理由如下：

Cr：鉻是不銹鋼中最重要的元素，可以提高鋼鈍化膜的穩定性，是決定不銹鋼耐腐蝕性及高溫抗氧化性的重要元素。但是鉻又是強烈形成并穩定鐵素體的元素，縮小奧氏體相區。本發明奧氏體鋼中的鉻含量范圍既能保證鋼有良好的耐腐蝕及耐高溫氧化特性，又能保證鋼材獲得奧氏體組織。

Ni：鎳是強烈形成并穩定奧氏體且擴大奧氏體相區的元素。隨著奧氏體含量的增加，剛中的殘余鐵素體含量逐漸消除，但是鎳會降低鋼的熱加工性能。本發明奧氏體鋼中的鎳含量范圍既能保證鋼有良好的熱加工性能，又能保證鋼材獲得奧氏體組織。

Cu：銅在鉻鎳不銹鋼中能促使鋼產生彌散硬化組織，提高鋼的熱強性，在高溫蠕變過程中將從基體中析出細小彌散的富銅相，提高基體的高溫蠕變能力。

N：在奧氏體不銹鋼中加入氮，可以穩定奧氏體組織、提高強度，并且提高耐腐蝕性能，氮的加入可以顯著提高鋼的高溫拉伸強度，部分替代貴重的鎳。

Nb：鈮能夠與不銹鋼中的碳、氮元素形成細小鈮的碳、氮化物，提高不銹鋼的高溫拉伸性能和持久蠕變性能。

與Super304H系列合金相比，本發明的新型Fe-Cr-Ni-Cu-N合金具有更加優異的高溫拉伸強度、持久蠕變性能和高溫抗氧化性。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明作進一步的說明，但本發明的保護范圍并不限于此。

實施例1