[發(fā)明專利]一種耐高溫耐腐蝕合金鋼材料及制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611105513.4
• 申請日: 2016-12-05
• 公開（公告）號: CN106755723B
• 公開（公告）日: 2018-10-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王允星;符寒光
• 申請（專利權(quán)）人: 山東金海洋重工科技有限公司
• 主分類號: C21C5/52
• 分類號: C21C5/52;C21C7/00;C22C35/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 張立改

一種耐高溫耐腐蝕合金鋼材料及制備方法，屬于金屬材料制備技術(shù)領(lǐng)域。采用電爐熔煉，先在中頻感應(yīng)電爐內(nèi)以金屬鋁、鉻鐵、硅鐵和廢鋼為主要原料，通過電爐熔煉獲得含鋁、鉻、硅的合金鋼鋼液，成分為0.12～0.19％C,12.2～12.7％Al,27.1～27.9％Cr,6.9～7.7％Si,<0.4％Mn,<0.03％S,<0.03％P,余量Fe，然后將鋼液溫度加熱至1628～1646℃，然后依次加入鈦鐵、氮化鉻鐵和鋯硅鐵合金，鋼水全部進入鋼包后，插入多元合金線，并澆注成鑄件，經(jīng)去應(yīng)力退火后，獲得的材料具有優(yōu)異的耐高溫腐蝕能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明公開了一種合金鋼材料，特別涉及一種耐高溫耐腐蝕合金鋼材料及其制備方法，屬于金屬材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在石油化工、能源、動力、冶金、航空航天等領(lǐng)域普遍存在高溫腐蝕問題，高溫腐蝕造成了材料的極大消耗，嚴重影響部件的安全使用，提高材料的高溫腐蝕性能，已成為世界各國普遍關(guān)心的重大科學(xué)問題。為了提高金屬材料的耐高溫耐腐蝕性能，中國發(fā)明專利CN105420625公開了一種耐氧化性介質(zhì)高溫腐蝕的不銹鋼泵閥鑄件，該不銹鋼鑄件在低碳鋼具備良好韌性和塑性的基礎(chǔ)上適當(dāng)提高了B、Zr、Mg等元素的用量，賦予了鑄件材料良好的力學(xué)性能，加工性好，熱穩(wěn)定性好，對氧化性介質(zhì)有優(yōu)異的抗氧化能力，提高泵閥使用壽命，保證生產(chǎn)完全，在熔液中加入的由蜂窩陶瓷粉負載納米化Ca-RE中間相合金粉及石墨烯復(fù)合精煉劑在鋼液中性能更為穩(wěn)定，除雜化渣效率高，可有效的提高鋼液的純凈度，從而改善鑄件的質(zhì)量，防止縮孔和開裂，經(jīng)多次熱處理后得到的不銹鋼性能穩(wěn)定，達到了節(jié)能高效的生產(chǎn)效果。中國發(fā)明專利CN 105154793還公開了一種高強度、高耐蝕雙相耐熱鋼，其化學(xué)成分為：C：0～0.1；Si：0.1～1.0；Mn：0～0.5；Cr：12～25；Ni：15～22；Mo：0～4.0；Al：1.0～6.0；Nb：0.1～1.0；B：0～0.05；P不大于0.03；S不大于0.02；余量為Fe。其制備方法的特征在于，熔煉過程嚴格控制真空度≤5Pa，以避免N與Al化合物的不利影響；采用自由鍛方式，熱軋過程控制應(yīng)變速率不小于1s^-1；單道次壓下量不小于35％，采用快速冷卻控制第二相尺寸。該發(fā)明實現(xiàn)了高溫耐腐蝕性和高強度的匹配，在高溫腐蝕性環(huán)境中使用，材料的綜合性能明顯優(yōu)于現(xiàn)有雙相耐熱鋼。中國發(fā)明專利CN 104694825還公開了一種耐腐蝕鑄造高碳鋼及其制備方法，該鑄造高碳鋼由以下化學(xué)成分按重量百分比組成：碳0.8-1.2％、硅1.2-1.6％、錳0.5-0.8％、銅1.5-1.8％、鈦0.3-0.5％、鋁0.15-0.18％、硼0.08-0.15％、Mo0.1-0.3％、N0.10-0.20％、P≤0.02％、S≤0.02％、余量為鐵。制備方法：(1)冶煉；(2)當(dāng)鋼水溫度達到1500-1550℃時，依次加入鋼水質(zhì)量分數(shù)的1.6-1.8％的金屬鋁、1.2-1.5％的硅鐵、0.1-0.3％的硼鐵、0.2-0.5％的鈦鐵和0.8-1.5％的錳鐵，然后將鋼水升溫至1600-1650℃，保溫2-3小時后出爐，將鋼水注入澆包；(3)進行微合金化處理；(4)扒渣，澆入鑄型；(5)熱處理。該發(fā)明通過合理設(shè)置配比和制備工藝，形成的鑄造高碳鋼具有極高的強度、硬度、耐大氣腐蝕好和耐高溫腐蝕性能的優(yōu)點。中國發(fā)明專利CN 102510909還公開了一種具有優(yōu)異的耐高溫腐蝕熱疲勞裂紋性的奧氏體系不銹鋼。該奧氏體系不銹鋼以質(zhì)量％計含有Cr：15.0％～23.0％、Ni：6.0％～20.0％，表層部覆蓋有平均厚度5μm～30μm的高能量密度的加工層。中國發(fā)明專利CN 103667917還公開了一種耐高溫低碳鋼材料，其含有的化學(xué)元素成分及其質(zhì)量百分比為：碳0.1-0.25、鋅4.0-4.5、鋁1.3-1.5、銅2.6-2.9、鎂3.0-3.2、Si0.6-0.8、Mn6.3-6.5、B0.005-0.008、Ti0.03-0.05、P≤0.030、S≤0.030、余量為鐵。該發(fā)明通過使用鋁、鎂等原料組合，合理設(shè)置配比和生產(chǎn)工藝，合理設(shè)置投放次序，形成的合金材料具有優(yōu)異的耐高溫腐蝕、高溫不起皮，韌性和可塑性好、強度和硬度高、耐磨性好等特點；并使用部分廢鐵作為原料，提高合金的質(zhì)量穩(wěn)定均一。通過加入精煉劑，氣孔度降低1-2度。中國發(fā)明專利CN 103643173還公開了一種耐高溫腐蝕泵閥合金鋼材料，其含有的化學(xué)元素成分及其質(zhì)量百分比為：碳1.2-1.5、硅1.4-1.7、錳6.7-7.2、鉻7.2-7.5、釩3.2-3.5、Be0.12-0.15、La0.08-0.10、S≤0.05、P≤0.05、余量為鐵。該發(fā)明在高碳鋼基礎(chǔ)上添加Be、釩、鉻、La等合金元素，使得合金鋼不僅具有高的硬度和耐磨性能，而且還具有較好的韌性，耐高溫腐蝕。該發(fā)明精煉劑用于鑄造生產(chǎn)，明顯提高成品率，特別是鑄件中的氣孔度降低1-2度，不會在鑄件表面產(chǎn)生氣孔，夾雜氧化物也明顯降低，氧化夾雜物在2級左右。中國發(fā)明專利CN103614659還公開了一種內(nèi)燃機用奧氏體合金鋼材料，其含有的化學(xué)元素成分及其質(zhì)量百分比為：碳0.5-0.7、錳6.0-6.5、硅1.0-1.2、鈮0.5-0.7、鎳3.2-3.5、鉻15.2-15.5、鉬0.001-0.003、P≤0.030、S≤0.030、余量為鐵。該發(fā)明通過使用鉬、鈮等原料組合，合理設(shè)置配比和生產(chǎn)工藝，合理設(shè)置投放次序，形成的合金材料具有高的強度、硬度、耐磨性，還具有高的紅硬性和熱強性、耐高溫腐蝕、抗氧化的特點，適用于內(nèi)燃機；并使用部分廢鐵作為原料，使合金的質(zhì)量穩(wěn)定均一。該發(fā)明通過加入精煉劑，氣孔度降低1-2度。中國發(fā)明專利CN103614664還公開了一種內(nèi)燃機氣閥用馬氏體合金鋼材料，其含有的化學(xué)元素成分及其質(zhì)量百分比為：碳0.6-0.9、硅0.2-0.3、錳3.3-3.5、鉻0.4-0.5、鉬0.03-0.05、釩0.004-0.005、Ti0.06-0.08、Ni2.3-2.5、Sb0.01-0.03、P≤0.030、S≤0.030、余量為鐵。該發(fā)明通過使用銻等原料組合，合理設(shè)置配比和生產(chǎn)工藝，合理設(shè)置投放次序，形成的合金材料具有高強度、高硬度、耐磨性好、韌性好、耐高溫腐蝕性、抗氧化等特點，適用于內(nèi)燃機氣閥，氣密度高；并使用部分廢鐵作為原料，使合金的質(zhì)量穩(wěn)定均一；通過加入精煉劑，氣孔度降低1-2度。中國發(fā)明專利CN 103103450還公開了一種用于耐熱不銹鋼渦輪殼的材料，特征是，包括以下組份：C：0.3～0.5％、Si：1.5～2.5％、Mn：0.8～1.2％、P≤0.04％、S≤0.04％、Cr：18～27％、Ni：8～10％、Nb：1～2％，余量為Fe；單位為質(zhì)量百分數(shù)。該發(fā)明所述用于耐熱不銹鋼渦輪殼的材料滿足渦輪殼950℃～1050℃的工作溫度范圍，具有耐高溫腐蝕的性能。中國發(fā)明專利CN 101906590還公開了一種具有納米析出相強化的奧氏體耐熱鋼及其制造方法，其特征在于化學(xué)成分按質(zhì)量百分數(shù)計為：C：0.002－0.02，Cr：24－26，Ni：22－24，N b+Ta：0.2－0.6，N：0.15－0.35，Mn：≤2.00，P：≤0.030，S：≤0.030，Si：≤0.75，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。制造方法為：將構(gòu)成元素的原料經(jīng)熔煉、熱加工和冷加工制成鋼件，然后進行最終熱處理。最終熱處理分兩步：第一步，固溶處理：將鋼件加熱到1170－1250℃，保持30－60min，然后水冷到室溫；第二步，退火處理：將經(jīng)過固溶處理后的鋼件加熱到800－950℃，保持30－240min，然后空冷到室溫。該發(fā)明鋼在晶粒內(nèi)部均勻分布有高密度的NbCrN型納米強化相，尺寸在20－60nm之間，每平方微米面積內(nèi)納米強化相顆粒數(shù)在5－30個，在晶界上分布的M₂₃C₆型碳化物占晶界面積的百分數(shù)低于20％，高溫持久強度明顯提高，抗高溫腐蝕性能也好。