[發明專利]一種超超臨界高氮馬氏體鑄鋼及其制備方法

在審

• 申請號: 201910933237.8
• 申請日: 2019-09-29
• 公開（公告）號: CN110643896A
• 公開（公告）日: 2020-01-03
• 發明（設計）人: 董治中;孔維雄;寧保群;王志奇
• 申請（專利權）人: 天津理工大學
• 主分類號: C22C38/02
• 分類號: C22C38/02;C22C38/04;C22C38/44;C22C38/46;C22C38/48;C22C38/52;C22C33/06;C21D6/00
• 代理公司: 12002 天津佳盟知識產權代理有限公司
• 代理人: 顏濟奎

一種超超臨界高氮馬氏體鑄鋼及其制備方法，所述鑄鋼的主要成分重量百分比為：C：0.005％～0.05％；N：0.04％～0.65％；Cr：8.0％～12.0％；W：3.5％～6.5％；Co：3.5％～4.5％；Mo：0.5％～1.5％；V：0.4％～0.8％；Nb：0.01％～0.15％；Mn：0.03％～0.80％；Si：0.02％～0.10％；Ni：0.005％～0.04％；Hf：0.01％～0.10％；La+Ce：0.008％～0.10％；Fe：余量。其主要是通過降低碳元素，增加氮元素的含量，通過氮化物強化來提高耐熱鑄鋼的高溫性能與抗氧化性能；適量的微量元素Hf以及稀土元素La+Ce改善了鋼的組織，保證最終獲得完全的馬氏體組織。加壓真空感應結合加壓電渣重熔的制備工藝有效增大了鋼中氮的固溶度，也使鋼錠組織更加均勻致密。

技術領域

本發明屬于耐熱鋼技術領域，涉及一種新型的超超臨界高氮馬氏體鑄鋼及其制備方法。

背景技術

目前，我國的能源利用以一次能源應用為主，我國火力發電量占發電總量的75％以上。為了緩解能源短缺問題，提高能源使用效率是世界各國發展的首要任務。發展超超臨界技術可以提升能源利用率，而超超臨界材料用鋼是發展這一技術的關鍵所在。目前很多國家對此材料的研究保持著積極地態度，美、日、歐是世界上超超臨界材料的技術領先者。我國對于超超臨界的研究起步較晚，現處于分析、探索階段。

國內外用于超超臨界機組缸體的耐熱材料主要分為馬氏體耐熱鋼、奧氏體耐熱鋼和鎳基合金三大類。由于鎳基合金的高成本，奧氏體耐熱鋼的高膨脹系數及抗熱疲勞性能不足，而馬氏體鋼具有高強度，高導熱性和低膨脹系數，故馬氏體是超臨界燃煤電廠的理想耐熱鋼。9％Cr系耐熱鋼因其具有高強度，高導熱性和低膨脹系數的性能，成為超超臨界燃煤電廠耐熱用鋼的理想鋼種。自20世紀50年代起,在9Cr鋼的基礎上經過合金化發展至今，已形成四代耐熱鋼體系。歐洲的COST項目中，成功開發出缸體用鋼CB2，其服役溫度為620℃。為了進一步提高蒸汽溫度，提高發電效率，急需進一步研制具有更高服役溫度的新型耐熱鑄鋼。

研究發現，鋼中添加氮元素可有效提高其強度，塑韌性以及耐腐蝕性能，加之氮是大氣中取之不盡的資源，所以高氮鋼憑借其低成本及優異的綜合性能已越來越受到我國鋼鐵企業的重視。目前，世界各國大力開展以氮代鎳的高氮鋼材料研究，德國、日本、瑞士、保加利亞等國已紛紛開展高氮鋼研制，并已在發電業、造船業、鐵路等工業得到應用。但是由于氮在鋼中的溶解度較低，并且在凝固過程中，易導致氮的偏析和氮氣的逸出，嚴重制約了高氮鋼的開發和應用。

發明內容

本發明的目的是解決現有含氮耐熱鑄鋼中氮的溶解度較低，并且在凝固過程中易導致氮的偏析和氮氣逸出的問題，提供一種添加Hf元素和稀土元素的超超臨界馬氏體鑄鋼，該鑄鋼通過高壓真空技術及加壓電渣重熔技術制備而成，其組織為完全的馬氏體組織，擁有良好的綜合力學性能和高溫性能。

本發明的技術方案如下：

一種超超臨界高氮馬氏體鑄鋼，通過加入較高含量的氮元素，代替昂貴的鎳元素，用氮化物強化的方式來提高鋼的屈服強度，拉伸強度，耐磨及耐腐蝕性能。所述鑄鋼的主要合金元素成分的質量百分含量包括：N：0.04％～0.65％(優選為0.15％～0.6％，更優選為0.2％～0.5％)；Cr：8.0％～12.0％；W：3.5％～6.5％；Co：3.5％～4.5％；Mo：0.5％～1.5％；V：0.4％～0.8％；Nb：0.01％～0.15％；Mn：0.03％～0.80％；Si：0.02％～0.10％；Ni：0.005％～0.04％；Fe：余量。所述鑄鋼還含有：C：0.005％～0.05％(優選為0.008％～0.04％，更優選為0.01％～0.03％)；微量元素及稀土元素：Hf：0.01％～0.10％(優選為0.02％～0.07％，更優選為0.03％～0.06％)；La+Ce：0.008％～0.10％(優選為0.01％～0.08％，更優選為0.02％～0.08％)，其中鑭鈰重量比為1：2。

本發明提供的超超臨界高氮馬氏體鑄鋼的制備方法包括以下步驟：