[發明專利]一種馬氏體耐熱鋼

在審

• 申請號: 202110928693.0
• 申請日: 2021-08-16
• 公開（公告）號: CN113789484A
• 公開（公告）日: 2021-12-14
• 發明（設計）人: 馮周榮;納學洋;李永新;馬進;晁博嗣
• 申請（專利權）人: 共享鑄鋼有限公司
• 主分類號: C22C38/54
• 分類號: C22C38/54;C22C38/52;C22C38/48;C22C38/46;C22C38/44;C22C38/42;C22C38/04;C22C38/02;C21D1/28;C21D1/18
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本發明屬于鑄造技術領域，主要涉及一種新型9Cr?3W?3Co馬氏體耐熱鋼材料的成分設計，在成分設計過程中添加了Ni元素，在不降低材料塑性的前提下，增加材料的強度，提高材料的室溫力學性能；更多的添加了B、N等微量元素，便于熱處理后使得B元素大幅分布在M₂₃C₆碳化物上提高材料的高溫持久強度；添加了微量的Mo元素，起到固溶強化和析出強化的作用；下調Cu元素含量要求，降低Cu元素脆傾向。

技術領域

本發明屬于鑄造技術領域，主要涉及一種新型9Cr-3W-3Co馬氏體耐熱鋼材料的成分設計。

背景技術

耐熱鋼材料主要應用于煤電行業超超臨界機組關鍵零部件用材料，此類材料的耐高溫性能越好，發電機組鍋爐蒸汽壓力及溫度才能不斷提高，電站運行工作效率也就越高。目前國內參數為31MPa/600℃/620℃/620℃的超超臨界二次再熱機組，仍采用600℃等級機組用材。汽輪機轉子、高溫內缸、隔板、葉片等主要的高溫部件用材普遍采用改良型12％Cr鋼或新型12％Cr鋼，如CB2和FB2等。鍋爐高溫過熱器及再熱器蒸汽集箱及管道均采用P92，高溫受熱面采用Super304H、HR3C及TP347HFG等奧氏體耐熱鋼。620℃機組未選用新材料主要是并無成熟的新材料可用，只是對現有材料采取了一定控制措施。但再熱蒸汽溫度的提高，高溫部件用材基本都達到了使用極限，為保證機組長期穩定運行，需要選用更高溫耐熱材料。隨著機組蒸汽參數的提高，燃煤發電機組用鋼材沿著優質碳素鋼—低合金珠光體耐熱鋼—中合金貝氏體耐熱鋼—中合金馬氏體耐熱鋼—鎢強化型合金馬氏體耐熱鋼—奧氏體不銹耐熱鋼—改型奧氏體不銹耐熱鋼—鎳基合金的演變方向順序推進。機組參數從620℃躍升至700℃還是有一定難度，630～650℃等級的機組參數仍是一個重要的技術發展階段，相應的目前迫切需要針對630～650℃耐熱材料進行研究開發，以提高機組高溫抗氧化性。

發明內容

本發明提供一種新型的馬氏體耐熱鋼，在9％～12％Cr鋼的合金成分上進行優化調整，得到一種新型的9Cr-3W-3Co馬氏體耐熱鋼材料，克服現有耐熱鋼材料的使用溫度及持久壽命不足問題，將現有耐熱鋼材料的使用溫度由600～620℃提高至630～650℃，進一步提高材料的使用溫度及持久壽命，顯著提高機組使用效率，達到節能減排目的。

一種馬氏體耐熱鋼，按重量百分比計，所述馬氏體耐熱鋼的成分為：C:0.08～0.1％；Si：0.20～0.30％；Mn:0.40～0.50％；P＜0.01％；S＜0.01％；Cr：8.8～9.2％；Mo＜0.05％；Ni：0.2～0.4％；V：0.18～0.22％；W：2.7～2.8％；Al：＜0.015％；B：0.011～0.013％；Co：2.9～3.1％；N：0.01～0.02％；Nb：0.04～0.05％；Cu：≤0.3；其余為Fe和不可避免的雜質元素。

所述的馬氏體耐熱鋼合理控制C(碳)元素含量為：0.08～0.1％；C元素是強奧氏體形成元素，可抑制鐵素體的形成，屬于間隙固溶強化元素。C元素形成奧氏體的能力是Ni的30倍。當C元素的含量超過0.1％時，鋼的持久強度會下降。第四代鐵素體型耐熱鋼中C元素含量的添加范圍為0.02～0.12％，在這個范圍內經過熱處理后的微觀組織皆為板條狀馬氏體，但在不同的碳含量下，晶粒內和晶界處的析出物的數量和種類會有所不同。C元素含量越少析出的M₂₃C₆碳化物越少，越可能在晶界上析出細小的MX碳氮化物，從而提高其高溫持久強度，但是，合金元素總量恒定，晶界上的MX碳氮化物析出越多，基體內的MX碳氮化物就越少，其室溫拉伸強度就越低，綜合考慮選擇0.08～0.1％的C元素，可以使晶界上的M₂₃C₆不至于過大，也可以使基體內的MX碳氮化物彌散分布，獲得最佳的力學性能。