[發(fā)明專利]具有聯(lián)合的高蠕變斷裂強度和抗氧化性的高鉻馬氏體耐熱鋼

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201780039089.4
• 申請日: 2017-07-12
• 公開（公告）號: CN109689901A
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: A·富施曼;B·寇斯里格;M·蘇巴諾維科;W·本迪克
• 申請（專利權(quán)）人: 瓦盧瑞克管材法國公司;瓦盧萊克德國有限公司
• 主分類號: C21D8/02
• 分類號: C21D8/02;C21D8/10;C21D9/08;C21D9/46;C22C38/00;C22C38/02;C22C38/04;C22C38/10;C22C38/12;C22C38/14;C22C38/18;C22C38/44;C22C38/46
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進委員會專利商標(biāo)事務(wù)所 11038
• 代理人: 王海寧

用于鍋爐應(yīng)用的馬氏體耐熱鋼，所述鋼在高溫暴露于含蒸汽環(huán)境中時具有增強的蠕變強度和優(yōu)異的抗氧化性的獨特組合，所述鋼具有以下熔體分析(以重量％計)：C：0.10至0.16％，Si：0.20至0.60％，Mn：0.30至0.80％，P≤0.020％，S≤0.010％，Al≤0.020％，Cr：10.5至12.00％，Mo：0.10至0.60％，V：0.15至0.30％，Ni：0.10至0.40％，B：0.008至0.015％，N：0.002至0.020％，Co：1.50至3.00％，W：1.50至2.50％，Nb：0.02至0.07％，Ti：0.001至0.020％。所述鋼的余量由鐵和不可避免的雜質(zhì)組成。在1050℃至1170℃的溫度范圍內(nèi)將所述鋼正火持續(xù)約10分鐘至約120分鐘的時段，并在空氣或水中冷卻至室溫，然后在750℃至820℃的溫度范圍內(nèi)回火至少1小時。其表現(xiàn)出馬氏體顯微組織，其中具有小于5體積％的平均δ鐵素體含量。

本發(fā)明涉及用于在高溫(即550至750℃)和高應(yīng)力下操作的部件的馬氏體高鉻耐熱鋼。根據(jù)本發(fā)明的鋼可用于發(fā)電、化學(xué)工業(yè)和石化工業(yè)。

現(xiàn)有技術(shù)水平

鐵素體/馬氏體高Cr鋼材料廣泛用于現(xiàn)代發(fā)電廠中作為再熱器/過熱器的管材以及作為蒸汽管道。進一步提高熱電廠的凈效率將需要增加蒸汽參數(shù)壓力和溫度。因此，實現(xiàn)更高效的發(fā)電廠循環(huán)將需要具有改善的蒸汽側(cè)抗氧化性的更強材料。迄今為止，由于形成所謂的Z相，開發(fā)兼具優(yōu)異的蠕變性能和優(yōu)異的抗氧化性的新型馬氏體高鉻鋼的已知努力已經(jīng)失敗。Z相是復(fù)合氮化物，其快速粗化，從而消耗周圍的強化MX析出物，M為：Nb、V并且X為：C、N。

表述高鉻鋼材料通常是指具有大于9重量％Cr的鋼。然而，提高的Cr含量(即含有大于9重量％的Cr，這對于良好的蒸汽氧化耐受性是必需的)增加Z相形成的驅(qū)動力并且還提高碳化鉻析出物的粗化速率。MX的顯微組織穩(wěn)定作用的損失和碳化鉻析出物都是造成馬氏體高Cr耐熱鋼等級的長期蠕變斷裂強度下降的原因。因此，未來鋼發(fā)展的主要挑戰(zhàn)是解決蠕變斷裂強度和抗氧化性之間的明顯矛盾。

目前，對于高溫應(yīng)用(也就是使用溫度高于550℃的應(yīng)用)，ASTM等級91和92被廣泛使用，它們兩者均含有9重量％的Cr，在600℃下10⁵小時之后分別具有90和114MPa蠕變斷裂強度。這兩種鋼之間的主要區(qū)別在于，等級92含有1.8重量％的W和0.4重量％的減少的Mo，相比之下等級91的Mo含量為1重量％。此外，等級92含有低于0.005重量％的較小量的B。

在高于600℃的溫度下在蒸汽氣氛中兩種鋼都遭受不足的抗氧化性，這顯著限制了應(yīng)用溫度范圍。特別是在具有傳熱的鍋爐部件中，氧化皮充當(dāng)熱絕緣體，從而增加金屬溫度并因此降低相應(yīng)部件的壽命。另外，如果在操作期間氧化皮剝落，則該氧化皮將引起對隨后的蒸汽攜帶部件的侵蝕損傷或者在進入蒸汽渦輪機之后將引起對渦輪葉片和導(dǎo)向葉片的侵蝕損傷。剝落的氧化皮可能導(dǎo)致管堵塞(特別是在彎曲區(qū)域中)，從而阻礙蒸汽流動，這經(jīng)常導(dǎo)致局部過熱和災(zāi)難性故障。

X20CrMoV11-1是一種用于高溫應(yīng)用的良好確立的高Cr鐵素體/馬氏體鋼，其含有0.20重量％的C、10.5-12重量％的Cr、1重量％的Mo和0.2重量％的V。由于較高的Cr含量，這種鋼表現(xiàn)出比ASTM鋼等級91和92更好的氧化性能，但是具有不良的蠕變斷裂強度(在600℃下10⁵h后的蠕變斷裂強度為約59MPa)。另外，由于0.20重量％的高C含量，熱加工性和可焊性劣化。ASTM等級122含有10-12％的Cr、1.8％的W、1％的Cu并且還含有V、Nb和N添加物以引起MX強化顆粒的析出。蠕變斷裂強度顯著低于ASTM等級92，該ASTM等級92在600℃下10⁵h之后表現(xiàn)出98MPa的蠕變斷裂強度。

還存在由于Cu含量升高引起的熱加工性問題。