[發(fā)明專利]一種高強(qiáng)度高延伸率的高合金鋼及其制造方法

有效

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• 申請日: 2015-04-30
• 公開（公告）號: CN104862572B
• 公開（公告）日: 2017-10-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭宏光;劉旭峰;蔣錫軍;徐榮軍;劉俊江
• 申請（專利權(quán)）人: 寶山鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: C22C30/00
• 分類號: C22C30/00;C22C1/02;B22D11/111;C22F1/16
• 代理公司: 上海開祺知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司31114
• 代理人: 竺明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高合金鋼領(lǐng)域，主要涉及一種高強(qiáng)度高延伸率的高合金鋼及其制造方法。

背景技術(shù)

HR120系列高合金鋼是上世紀(jì)中葉進(jìn)入市場的，其目的是能夠更好地滿足更高的耐蝕和耐熱要求。在過去的幾十年間，這類高合金鋼因其高溫強(qiáng)度、抗高溫氧化性及其他高溫耐蝕性能而得到廣泛應(yīng)用。它是一種固溶強(qiáng)化的耐熱合金，有較高的高溫強(qiáng)度也有優(yōu)良的抗碳化和抗硫化性能。該合金能廣泛應(yīng)用在對合金有高強(qiáng)度、良好的抗碳化和抗硫化要求的環(huán)境中，在發(fā)電和化學(xué)處理中有很好的應(yīng)用，比如條框熱處理籃，輻射管，換熱器，廢物燃燒爐等，在垃圾焚燒工業(yè)和壓縮熱交換器中應(yīng)用廣泛。

這種高合金鋼是完全奧氏體組織，其耐熱性能明顯優(yōu)于奧氏體不銹鋼，而熱膨脹系數(shù)略則略低于奧氏體不銹鋼，強(qiáng)度、硬度較高。因而，與奧氏體不銹鋼相比具有使用壽命長、可靠性高、穩(wěn)定運(yùn)行好、維護(hù)費(fèi)用少等特點(diǎn)。采用高合金鋼管替代奧氏體不銹鋼可以進(jìn)一步提高條框熱處理籃，輻射管，換熱器，廢物燃燒爐等發(fā)電和化學(xué)處理裝置的使用壽命和可靠性，同時(shí)能更好地保障設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

提高高合金鋼中的鎳鉻含量，能夠提高其耐腐蝕性能。腐蝕性能提高的同時(shí)，對蠕變強(qiáng)度要求也越來越高，添加并適當(dāng)提高鈷含量可以改善蠕變強(qiáng)度。條框熱處理籃，輻射管，換熱器，廢物燃燒爐等發(fā)電和化學(xué)處理裝置不僅耐腐蝕性好，同時(shí)，也必須具有良好抗高溫變形性能，以便能夠適應(yīng)長時(shí)間的高溫環(huán)境下服役。

鎳基耐蝕高溫合金具有全奧氏體顯微組織。化學(xué)工業(yè)使用的幾乎所有的鎳基耐蝕合金都是固溶強(qiáng)化狀態(tài)。部分合金添加有效硬化元素，如Mo和W，提高合金的強(qiáng)度。也采用添加Co等合金元素來強(qiáng)化合金基體，確保鎳基耐蝕合金具有設(shè)計(jì)要求的性能。然而，部分品種添加Co等會顯著增加成本(Co價(jià)格昂貴)，并且會增加生產(chǎn)的難度，即添加鈷后，合金塑性變差，再熱加工過程中更容易開裂。

表1給出了相關(guān)典型鋼種的化學(xué)成分。表2給出了相關(guān)典型鋼種的力學(xué)性能和澆鑄方式。

表1相關(guān)典型鋼種的化學(xué)成分(wt％)

表2相關(guān)典型鋼種的力學(xué)性能和澆鑄方式

由表1和表2可見，現(xiàn)有技術(shù)中的部分鎳基耐蝕合金還不能完全滿足目前使用和制造的要求，需要開發(fā)一種強(qiáng)度高、蠕變性能好、生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)的鎳基耐蝕高溫合金。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種高強(qiáng)度高延伸率的高合金鋼及其制造方法，該高合金鋼既有較高的強(qiáng)度(屈服強(qiáng)度≥375MPa；抗拉強(qiáng)度≥735MPa)、良好的加工成型性能(延伸率≥51％)和蠕變強(qiáng)度≥35MPa(1％，10000h)，且材料成本相對較低。該合金鋼具有完全奧氏體組織，即從初始凝固至室溫均為奧氏體組織；該合金鋼能夠滿足條框熱處理籃、輻射管、換熱器、廢物燃燒爐等發(fā)電和化學(xué)處理裝置使用環(huán)境。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是，

一種高強(qiáng)度高延伸率的高合金鋼，其成分質(zhì)量百分比含量為：C 0.04～0.08％、Si 0.40～1.0％、Mn 0.3～0.8％、Cr 23.0～27.0％、P≤0.035％、S≤0.001％、Ni 35.0～39.0％、Mo 2.0～3.0％、W 2.0～3.0％、N≤0.020％、Al 0.05～0.12％、Nb 0.5～1.5％、其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)；其中，Nb/Al＝10～25，Nb/N＝25～75，Nb/C＝10～15。

優(yōu)選的，Nb的質(zhì)量百分含量為0.6～1.2％。

優(yōu)選的，Al的質(zhì)量百分含量為0.09～1.1％。

優(yōu)選的，Mo的質(zhì)量百分含量為2.0～3.0％。

優(yōu)選的，W的質(zhì)量百分含量為2.0～3.0％。

所述雜質(zhì)元素中Cu+O≤0.3％。

在本發(fā)明合金成分的設(shè)計(jì)中：

C和N：通常，C含量主要影響碳化物的析出量和析出溫度范圍。Nb和Cr均是很強(qiáng)的碳化物形成元素。在平衡態(tài)下，NbC比M₂₃C₆先析出。NbC的形成可以減少M(fèi)₂₃C₆數(shù)量，從而改善抗晶間腐蝕性能。

碳和氮具有一定的強(qiáng)化作用，但是，過高的碳和氮含量會降低材料的耐蝕性能。目前冶煉設(shè)備的生產(chǎn)能力能夠滿足將碳和氮控制在所要求的范圍內(nèi)。這樣，既有利于改善材料力學(xué)性能，又能夠提高材料的抗腐蝕性能。