[發(fā)明專利]一種沉淀強(qiáng)化高碳奧氏體耐熱鋼及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610829408.9
• 申請(qǐng)日: 2016-09-18
• 公開（公告）號(hào): CN106636842A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 嚴(yán)靖博;谷月峰;袁勇;趙新寶;黨瑩櫻;尹宏飛;楊征;張醒興
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華能國際電力股份有限公司;西安熱工研究院有限公司
• 主分類號(hào): C22C30/00
• 分類號(hào): C22C30/00;C22C19/05;C22C33/04;C22C1/02;C21D6/00;C22F1/10
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司61200
• 代理人: 安彥彥

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料及材料制備領(lǐng)域，涉及一種具有高體積分?jǐn)?shù)且尺寸細(xì)小穩(wěn)定的碳化物沉淀強(qiáng)化新型奧氏體耐熱鋼，具體涉及一種沉淀強(qiáng)化高碳奧氏體耐熱鋼，特別適用于高溫工況下長期使用的部件，如乙烯生產(chǎn)中的裂解爐管與制氫轉(zhuǎn)化爐管、火力發(fā)電機(jī)組中煤粉燃燒器噴嘴與鍋爐再熱器、玻璃纖維行業(yè)中的離心器等部件。

背景技術(shù)

合金在高溫工況下長期服役時(shí)，較高體積分?jǐn)?shù)的碳化物是合金獲得良好高溫強(qiáng)度的重要保障。目前在高溫下使用的耐熱鋼普遍具有較高的Cr、C含量，通過在晶界處形成大尺寸的初生Cr₂₃C₆及晶界處析出細(xì)小彌散分布的二次Cr₂₃C₆而使合金獲得優(yōu)異的高溫強(qiáng)度性能。然而，合金在高溫或低溫高應(yīng)力條件下長期服役時(shí)，Cr₂₃C₆具有較高的粗化長大傾向，進(jìn)而導(dǎo)致合金性能隨著使用時(shí)間的延長而迅速下降。此外，晶界處形成較大尺寸的Cr₂₃C₆會(huì)造成其界面處Cr元素貧瘠，進(jìn)而導(dǎo)致合金出現(xiàn)敏化現(xiàn)象，對(duì)材料抗腐蝕性能造成不利影響。為使合金在高溫下獲得更加穩(wěn)定的組織與性能，近年來人們進(jìn)行了一系列嘗試，結(jié)果證實(shí)Nb元素的添加可以在晶界形成與碳化鉻交替分布的NbC。由于后者在高溫下十分穩(wěn)定，在服役期間其尺寸變化不大，同時(shí)在很大程度上抑制了Cr₂₃C₆的粗化長大。其中，最具有代表性的是向HP40合金鑄管中添加少量的Nb元素，得到具有更高組織穩(wěn)定性及持久塑性的HP40Nb合金，從而使材料獲得更長的服役壽命。

盡管如此，目前使用的高C含量奧氏體鋼中碳化物尺寸仍然較大。這些碳化物在凝固過程中由液相直接形成，無法通過固溶處理將其消除。這些粗大的初生碳化物往往會(huì)帶來許多其它問題，例如合金在變形過程中其阻礙位錯(cuò)移動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致位錯(cuò)塞積并造成應(yīng)力集中，最終促進(jìn)裂紋萌生并沿碳化物擴(kuò)展；同時(shí)，合金在熱應(yīng)力作用下較大尺寸的碳化物也會(huì)對(duì)合金的熱疲勞性能造成較大的不利影響；此外，較大尺寸的碳化物也會(huì)對(duì)合金的加工性能帶來較高難度。因此，在保證碳化物體積分?jǐn)?shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步改善合金組織尤其是細(xì)化碳化物尺寸，對(duì)材料的加工及使用性能具有重要影響。

向合金鋼液中添加變質(zhì)劑可以使合金鑄態(tài)組織得到顯著細(xì)化，但變質(zhì)劑的加入有可能以夾雜的形式存在于合金中，對(duì)材料的力學(xué)性能造成嚴(yán)重危害。稀土元素的添加可以從液相中形成稀土碳化物，進(jìn)而作為形核質(zhì)點(diǎn)促進(jìn)碳化物尺寸細(xì)化。然而，少量加入稀土元素對(duì)合金組織細(xì)化的效果有限，而過量加入稀土則會(huì)對(duì)合金性能帶來不利影響。

發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種沉淀強(qiáng)化高碳奧氏體耐熱鋼，通過調(diào)整Ti、Nb質(zhì)量百分含量，確保合金凝固時(shí)TiC作為形核質(zhì)點(diǎn)而起到充分細(xì)化碳化物的效果；同時(shí)，確保合金中含有足夠體積分?jǐn)?shù)的MC型碳化物，從而獲得穩(wěn)定的合金組織性能的目的。

為了實(shí)現(xiàn)以上發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

一種沉淀強(qiáng)化高碳奧氏體耐熱鋼，按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)，該耐熱鋼成分中各元素含量滿足：C：0.5～0.8％，Cr：24～28％，Ni：35～50％，Co：≤3.0％，Mn：≤2.0％，Si：1.5～3.0％，Nb：≤1.5％，W：≤7.5％，Ti：0.5～2.5％，余量為Fe；其中，Ti、Nb質(zhì)量百分比含量滿足Ti/Nb≥0.7；同時(shí)，Ti+Nb≥2。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)，該耐熱鋼成分中各元素含量滿足：C：0.5～0.8％，Cr：24～28％，Ni：35～50％，Co：≤3.0％，Mn：≤2.0％，Si：1.5～3.0％，Nb：≤1.5％，W：5≤7.5％，Ti：0.5～2.5％，余量為Fe；其中，Ti、Nb質(zhì)量百分比含量滿足Ti/Nb≥0.7；同時(shí)，Ti+Nb≥2。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，該耐熱鋼的鑄態(tài)組織由奧氏體基體以及(Nb,Ti)C與Cr₂₃C₆兩種碳化物構(gòu)成；并且碳化物體積分?jǐn)?shù)不低于12％，且(Nb,Ti)C占碳化物體積百分比不低于30％。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，所述(Nb,Ti)C均勻彌散分布于晶粒內(nèi)部，其平均尺寸不超過5微米；Ti作為形核質(zhì)點(diǎn)存在于(Nb,Ti)C顆粒中心位置，并且其平均尺寸不大于1微米；Cr₂₃C₆；呈魚骨狀彌散分布于晶內(nèi)，其平均尺寸小于10微米。