[發明專利]一種高溫抗燒蝕低碳中低合金鋼及其制備方法

有效

• 申請號: 202010729327.8
• 申請日: 2020-07-27
• 公開（公告）號: CN111826592B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 李忠盛;陳漢賓;吳護林;宋陽曦;沈蕾芳;車路長;張隆平;楊九州;李立
• 申請（專利權）人: 中國兵器工業第五九研究所
• 主分類號: C22C38/44
• 分類號: C22C38/44;C22C38/46;C22C38/48;C21D1/26;C21D1/18;C21D8/00
• 代理公司: 重慶晶智匯知識產權代理事務所(普通合伙) 50229
• 代理人: 施永卿

一種高溫抗燒蝕低碳中低合金鋼，其特征在于：所述低碳中低合金鋼的化學成分按重量百分比計為0＜C＜0.2%、Cr：2.5~3.5%、Mo：0.5~1.4%、Ni：1.6~2.0%、W：0.2~0.5%、V：0.3~0.8%、Nb：0.03~0.08%，其余成分為Fe。本發明通過不提高合金含量，而是優化合金元素的方法提高低碳中低合金鋼抗燒蝕性能，具有合金量低、成本低、工藝簡單可行，本發明方法在同時保證了優異的強度和韌性的基礎上，有效提高了合金鋼的高溫抗燒蝕性能，燒蝕坑最大直徑為5mm，最大深度為3mm。

技術領域

本發明涉及合金鋼技術領域，具體涉及一種高溫抗燒蝕低碳中低合金鋼及其制備方法。

背景技術

調質處理的Cr-Mo系合金鋼因其室溫韌性、低溫沖擊韌性、綜合機械性能等優良，是廣泛應用的一種結構材料，大量運用到機械或裝備上。此外，Cr-Mo系合金鋼還具有較好的高溫性能，已廣泛應用到動力系統熱端部件。但是在較高的溫度下、氧含量較高以及發生機械摩擦和撞擊等環境和條件下，合金鋼會發生一種不同于氧化、高溫熔化，而是類似于木材、尼龍等劇烈燃燒的現象，即金屬燃燒。合金鋼發生燃燒，會產生明顯的燒蝕坑，燒蝕坑的出現一是大大降低了合金鋼構件的力學性能，導致壽命降低，二是，使構件的外形結構不能滿足使用要求。隨著使用溫度的升高、氧分壓越高以及發生摩擦、碰撞概率越大，合金鋼發生燃燒的情況越發增多。燃燒已成為限制合金鋼在熱端部件更廣泛使用的重要因素之一。

因此，針對提高Cr-Mo系合金鋼高溫抗燒蝕性能的需求，基于現有Cr-Mo系合金材料，有必要開發一種室溫高強高韌、高溫抗燒蝕性能優良的低碳中低合金鋼，擴大Cr-Mo系合金鋼在高溫領域的應用范圍。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高溫抗燒蝕低碳中低合金鋼。

本發明另一目的在于提供上述高溫抗燒蝕低碳中低合金鋼的制備方法。

本發明目的通過以下技術方案實現：

一種高溫抗燒蝕低碳中低合金鋼，其特征在于：所述低碳中低合金鋼的化學成分按重量百分比計為0＜C＜0.2％、Cr：2.5～3.5％、Mo：0.5～1.4％、Ni：1.6～2.0％、W：0.2～0.5％、V：0.3～0.8％、Nb：0.03～0.08％，其余成分為Fe。合金設計時提高合金鋼高溫抗燒蝕性能主要通過降低C、Mo等易燃燒的合金元素含量，提高Ni、V等不易燃燒合金元素含量，并通過復合合金化形成復雜碳化物改變易燃燒合金元素的抗燒蝕性能。

優選的，上高溫抗燒蝕低碳中低合金鋼的化學成分按重量百分比計為0＜C＜0.2％、Cr：2.8～3.0％、Mo：0.6～1.2％、Ni：1.6～2.0％、W：0.2～0.5％、V：0.6～0.8％、Nb：0.03～0.04％其余成分為Fe。

上述高溫抗燒蝕低碳中低合金鋼的制備方法，依次通過合金化設計、熔煉、退火處理、鍛造，其特征在于：鍛造后還進行一次退火處理、固溶淬火處理和回火處理；所述鍛造后進行的退火處理是采用不超過100℃/h的升溫速率升至退火溫度690～710℃，保溫時間15～18h，停止保溫后，隨爐冷，降溫至400℃后出爐空冷；所述固溶淬火處理是將退火后的精鍛坯先在850～900℃下保溫1.5h，再將固溶溫度升至980～1030℃，保溫3～5h，隨后先淬水，時間為2～5min，出水后溫度在110～150℃，最后淬油，時間為6～10min，溫度降至100℃以內。

較高的固溶溫度，可以增加合金元素的固溶量，從而增加材料的室溫強度和硬度，但是過高的溫度會導致基體晶粒長大，從而又降低材料的強度。本領域均知曉，合金鋼中合金成分及含量的細微變化，均會對合金的性能產生影響。本發明同時添加W、V、Nb，并控制其添加量，形成的一次碳化物，在980～1030℃高溫固溶時，合金元素充分回溶，促進高熔點、高穩定性WC、VC、NbC碳化物在基體中的均勻擴散，多種碳化物的配合，達到強化作用，提高了固溶與淬火馬氏體中各元素的脫溶溫度，達到高溫環境下有具有高強度和高硬度，脫溶溫度的提高，使得在高溫時基體長大受到抑制，保證了其室溫強韌性不下降。