[發明專利]一種鐵素體耐熱鋼

有效

• 申請號: 201710486855.3
• 申請日: 2017-06-23
• 公開（公告）號: CN107326301B
• 公開（公告）日: 2019-05-28
• 發明（設計）人: 劉興軍;楊木金;王翠萍;張錦彬;韓佳甲;盧勇;施展;楊水源
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: C22C38/54
• 分類號: C22C38/54;C22C38/58;C22C38/50;C22C38/48;C22C38/02
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭

本發明公開了一種Fe?Cr基鐵素體耐熱鋼，所述鋼的成分由主要元素Fe、Cr，合金化元素Ni、Mn、Si、Ti、Nb，微量合金化元素C、B及不可避免的雜質組成。該耐熱鋼的化學成分按質量百分比為：65～75wt.％Fe，18～25wt.％Cr，85～95wt.％(Fe+Cr)；1～5wt.％Ni，0～2wt.％Mn，2～4wt.％Si，0.5～3wt.％Ti，1～2.5wt.％Nb，7～13wt.％(Ni+Mn+Si+Ti+Nb)；0～0.05wt.％C,0～0.08wt.％B，0～0.1wt.％(C+B)。本發明技術方案中的耐熱鋼基體為Fe?Cr基鐵素體，在時效過程中基體析出一種球狀的、彌散分布的、共格的納米級金屬間化合物Ni₁₆M₆Si₇(M＝Ti,Nb)相，使得鋼的強度顯著提高。耐熱鋼的室溫拉伸強度達到了950Mpa，600℃高溫瞬時拉伸強度在300Mpa以上。

技術領域

本發明涉及鐵素體耐熱鋼，具體涉及一種基于金屬間化合物Ni₁₆M₆Si₇(M＝Ti,Nb)析出強化的鐵素體耐熱鋼。

背景技術

為了提高熱效率，減少CO₂排放量，適應環境保護和節約能源的要求，提高鍋爐管用鋼的耐熱溫度以期提高電廠的熱效率迫在眉睫(全榮；先進燃煤火力發電鍋爐和汽輪機用鐵素體系耐熱鋼研發進展[N]；世界金屬導報；2014.04.29:B12)。目前世界各國火力發電機組參數已由亞臨界參數(16.77MPa/540℃)向超臨界參數(25.0MP/540℃～566℃；24.0～30.0MPa/580℃～610℃)及以上發展，熱效率相比以前提高了6～7％(陳聽寬；超臨界與超超臨界鍋爐技術的發展與研究[J]；世界科技研究與發展；2005)。然而蒸汽參數的進一步提高對耐熱鋼的綜合性能也提出更高的要求,主要是要求耐熱鋼具有足夠好的抗高溫氧化能力的同時還要具有合適的高溫強度(劉正東等；G115耐熱鋼應用于超600℃超超臨界火電機組；世界金屬導報；2015.06.16：B12)。

當前超超臨界火電機組(A-USC)的高溫部件采用的是一系列9～12Cr型(鉻的質量分數為9％～12％)的高鉻鐵素體系耐熱鋼，其代表鋼種有T91、T92和T122(寧保群；T91鐵素體耐熱鋼相變過程及強化工藝[D]；天津大學；2012)。這類鐵素體耐熱鋼采用正火加回火的熱處理方式，其供貨態組織為具有高密度位錯的回火板條馬氏體、彌散分布的MX[(V,Nb)(C,N)]碳氮化物以及晶界上析出的M₂₃C₆碳化物。由于析出強化、固溶強化和高密度位錯強化,使得該系列鋼從服役開始就有較好的強度。然而由于其抗氧化能力的局限性以及組織穩定性等問題，當前的T91鐵素體耐熱鋼最高承溫能力不能超過620℃。這主要是由于T91鋼在高于620℃的環境中的組織很不穩定，造成位錯密度下降，奧氏體晶界和馬氏體板條界面上Fe₂W型Laves相析出并粗化，M₂₃C₆型碳化物發生粗化溶解，MX型納米析出相向易粗化的Z相轉化，硫、磷等雜質偏聚而引起的晶界弱化等。這些支撐T91鋼高溫強度的主要析出相的分解，導致其在高于620℃時高溫強度急劇下降。

專利CN104726779A(一種高Cr鐵素體耐熱鋼及其制備方法)介紹了一種W/Mo復合固溶強化及MX彌散強化的高鉻鐵素體耐熱鋼，其成分為：8.5～9.5wt.％Cr；2.5～3.5wt.％Co；2.8～3.3wt.％W+Mo；0.15～0.25wt.％V；0.05～0.1wt.％Nb；0.001～0.01wt.％C；0.003～0.01wt.％B；余量為Fe。該鐵素體耐熱合金的制備方法包括了真空感應熔煉、澆鑄成鋼錠及熱軋成板材。該鐵素體耐熱鋼的持久強度高于現有的9Cr至12Cr耐熱鋼，適用于工作溫度為620℃的結構與零部件用鋼。