一種鐵素體耐熱鋼的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種鐵素體系耐熱鋼，所述耐熱鋼以重量百分比計由下列組分組成：C：0.18～0.22％，Si：0.15～0.25％，Mn：1.5～1.7％，Cr：15.5～16.5％，Ni：0.6～0.8％，V：0.6～0.8％，Ti：0.15～0.25％，Co：3.50～4.50％，Cu：1.30～1.50％，B：0.02～0.04％，N：0.15～0.25％，Zr：0.30～0.50%，S≤0.03，P≤0.05，余量為Fe和不可避免的雜質。
【專利說明】一種鐵素體耐熱鋼
【技術領域】
[0001]本發明涉及鋼鐵冶金領域，特別涉及一種鐵素體耐熱鋼。
【背景技術】
[0002]以發電用的鍋爐及汽輪機為代表的原子能發電設備、化學工業裝置等，往往采用奧氏體系耐熱鋼或鐵素體系耐熱鋼來制備，以便這些裝置能在高溫高壓環境下長時間使用。而鐵素體系耐熱鋼因為價格便宜、熱膨脹率低、耐熱疲勞性能好，所以多應用于高溫用部件中。
[0003]近年來，隨著鋼應用環境惡劣程度的加深，對于鐵素體系耐熱鋼的使用性能、特別是對于蠕變強度和抗氧化能力的要求更加嚴格了。目前往往采用提高鋼材中Cr含量至10%~13%，從而提高材料抗氧化能力的方法。但是，隨著Cr含量的提高在鋼組織結構中會出現較大量的S鐵素體，這對于材料的高溫蠕變強度和韌性是不利的。
[0004]目前，現有技術廣泛采用添加奧氏體元素如C、N1、Co、Cu來抑制鋼中δ鐵素體的形成。但是，添加C會使材料焊接性能降低；添加Ni會使得Acl轉變點下降，將限制回火溫度的提高，而回火溫度低雖然對于鋼的低溫短時間持久強度是有利的，但對于鋼的高溫長時間持久強度不利；添加Co有利于提高鋼的持久強度，但是添加過量的Co，尤其是超過3%的Co會降低12% Cr鋼的持久強度；添加適量的Cu對于鋼的持久強度影響不大，但添加超過1.0%的Cu會降低材料可加工性。
[0005]截止目前，世界各國對于12% Cr鐵素體耐熱鋼申報了很多專利，這些技術通過同時添加Co和Cu來提高材料性能。
[0006]日本專利申請 JP10219403A、JP2002180208、JP2005023378、JP08120414、JP05311345A、JP07062497A 和中國專利 CN02809922.2 公開的鋼中添加了 Ni, Ni 使得 Acl轉變點下降，這樣會限制回火溫度的提高，這對于提高鋼的高溫長時間持久強度是不利的。
[0007]日本專利申請JP05311346A公開的鋼中添加了 W但不含Mo，但是，同時添加W和Mo會有益于提聞鋼的持久強度。
[0008]日本專利申請JP2002004008公開的鋼中雖然提及選擇性添加Co，但對于Co的添加沒有明確范圍，同時亦提及添加≤4.0的Ta。
[0009]日本專利申請JP08218154A公開的鋼中為了抑制高溫鐵素體的形成，添加過量的Co，卻沒有添加Cu，這樣不利于提高鋼的持久性能，同時鋼中亦沒有添加B，這也不利于穩定碳化物。
[0010]日本專利申請JP08225832A公開的鋼中沒有添加B，不利于提高鋼的持久強度和穩定碳化物。
[0011]日本專利申請JP08225833A公開的鋼中提出添加Co，但是這種添加是作為一種減少殘余奧氏體量的加熱處理方法而不是作為鋼的一種化學組分；此外，該申請涉及的鋼的化學組分范圍寬泛且不可能從中得到用途上的教導。
[0012]日本專利申請JP05311344A和專利JP09291308A公開的鋼中同時添加適量Co和Cu并涉及一種有關Cr、Co、Cu的關系式。對于11%~13% Cr的鐵素體耐熱鋼，為了抑制δ鐵素體的形成，添加超過3%的Co和/或超過3%的Cu，不但增加成本，而且會降低鋼的持久強度和可加工性。
[0013]綜上所述，11~13% Cr的鐵素體耐熱鋼制備過程中高溫條件下會產生δ鐵素體，這對于鐵素體耐熱鋼的耐高溫氧化、耐高溫蠕變性能和高溫持久強度是不利的，不能滿足現有對鐵素體耐熱鋼應用環境的要求。現有技術往往通過添加一些奧氏體形成元素如N1、Co、Cu、C等來抑制δ鐵素體產生，但這往往又會導致鐵素體耐熱鋼其他一些性能的降低，而且Co等元素價格昂貴，也會使得鋼的制造成本大大增加。
【發明內容】
[0014]針對現有技術的不足，本發明的目的之一在于提供一種鐵素體系耐熱鋼。 [0015]為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下:
[0016]一種鐵素體系耐熱鋼，所述耐熱鋼以重量百分比計由下列組分組成:C:0.18~0.22%, Si:0.15 ~0.25%, Mn:1.5 ~1.7%，Cr:15.5 ~16.5%，N1:0.6 ~0.8%，V:0.6 ~0.8 %，T1:0.15 ~0.25 %，Co:3.50 ~4.50 %，Cu:1.30 ~1.50 %，B:0.02 ~
0.04%, N:0.15 ~0.25%, Zr:0.30 ~0.50%, S ≤ 0.03，P ≤ 0.05，余量為 Fe 和不可避免
的雜質。
[0017]優選，所述耐熱鋼以重量百分比計由下列組分組成:C:0.19~0.21 %，S1:
0.18 ~0.22%, Mn:1.55 ~1.65%, Cr:15.8 ~16.2%，Ni:0.65 ~0.75%, V:0.65 ~
0.75%, T1:0.18 ~0.22%, Co:3.80 ~4.20%, Cu:1.35 ~1.45%, B:0.025 ~0.035%,N:0.18~0.22%, Zr:0.35~0.45%, S≤0.03，P≤0.05，余量為Fe和不可避免的雜質。
[0018]最優選，所述耐熱鋼以重量百分比計由下列組分組成:C:0.20%，Si:0.20%,Mn:1.60%, Cr:16.0 %, N1:0.70%, V:0.70%, T1:0.20 %, Co:4.00 %, Cu:1.40 %, B:
0.030%, N:0.20%, Zr:0.40%, S≤0.03，P≤0.05，余量為Fe和不可避免的雜質。
[0019]對于本發明的鐵素體耐熱鋼主要合金元素和含量的選擇理由如下:碳:在高溫下，特別是在金屬產品的熱制過程中或在最終熱處理中的奧氏體化過程中，所述碳元素穩定奧氏體并且結果傾向于減少S鐵素體的形成。同時，碳是以碳化物或碳氮化物的形式存在，它們的分布對材料的性能起作用。因此在本發明中控制碳元素含量為0.19~0.21%。
[0020]硅:硅元素是使液態鋼脫氧并且也限制因空氣或蒸汽引起的熱氧化的動力學的元素。為了避免S鐵素體的形成其必須受限制；并且其還傾向于促使工作中的脆化相沉積，其上限含量限制在0.22%。因此，本發明中控制硅含量為0.18~0.22%。
[0021]錳:錳元素能促使脫氧并固定硫，有利于提高材料的沖擊韌性，同時添加Mn可以減少δ鐵素體的形成。
[0022]鉻:該元素同時溶解于鋼基體并以碳化物的形式沉積。對熱氧化性能有益。
[0023]鈷:鈷是奧氏體形成元素，具有阻止δ鐵素體形成的作用，因此，本發明中控制鈷含量為3.50~4.50%。
[0024]釩:該元素形成非常細和穩定的氮化物和碳氮化物并且其對蠕變斷裂強度非常重要。本發明中控制釩含量為0.6~0.8%。
[0025]鈦:該元素像釩一樣形成穩定的碳氮化物并且它的添加增強了釩化合物的穩定性。
[0026]氮:這種奧氏體形成元素可以減少δ鐵素體的出現。并且特別地該元素還可以形成非常細的氮化物和穩定性大大高于相應的碳化物的碳氮化物。本發明中控制氮含量為
0.18 ~0.22%。
[0027]硼:這種元素有助于穩定碳化物。
[0028]銅:適量的銅可以阻止δ鐵素體的產生，同時增加淬透性。
[0029]鋯:可抑制奧氏體晶粒長大，控制硫化物形態，提高鋼的沖擊韌性，并改善焊接性倉泛。
[0030]本發明具有如下有益效果:
[0031](1)本發明的鐵素體耐熱鋼由于含有15.5~16.5%的Cr，具有較好的耐氧化性和耐蒸汽腐蝕性。
[0032](2)本發明對鐵素體耐熱鋼的合金元素的成分進行了優化設計，在理論的指導下，以及在大量正交試驗的基礎上篩選出合適的元素含量，添加1.30~1.50%的Cu、0.30~
0.50%的Zr、0.6~0.8%的V以及0.15~0.25%的Ti，并協調Co、B、N和Ni的含量，使得各合金元素達到協同技術效果，使得本發明鋼中δ鐵素體的含量小于8%且δ鐵素體晶粒平均等效直徑小于15 μ m，從而獲得沖擊韌性好、耐熱氧化性和耐蒸汽腐蝕性能好、600°C以上蠕變強度高的鐵素體耐熱鋼。
【具體實施方式】
[0033]實施例一
[0034]一種鐵素體系耐熱鋼，所述耐熱鋼以重量百分比計由下列組分組成:C:0.18%,Si:0.25 %, Mn:1.5 %, Cr:16.5 %, Ni:0.6 %, V:0.8 %, T1:0.15 %, Co:4.50 %, Cu:
1.30%, B:0.04%, N:0.15%, Zr:0.50%, S ≤ 0.03，P ≤ 0.05，余量為 Fe 和不可避免的雜質。
[0035]實施例二
[0036]一種鐵素體系耐熱鋼，所述耐熱鋼以重量百分比計由下列組分組成:C:0.22%，Si:0.15 %, Mn:1.7 %, Cr:15.5 %, Ni:0.8 %, V:0.6 %, Ti:0.25 %, Co:3.50 %, Cu:
1.50%, B:0.02%, N:0.25%, Zr:0.30%, S ≤ 0.03，P ≤ 0.05，余量為 Fe 和不可避免的雜質。
[0037]實施例三
[0038]一種鐵素體系耐熱鋼，所述耐熱鋼以重量百分比計由下列組分組成:C:0.19%,Si:0.22%, Mn:1.55%, Cr:16.2%, N1:0.65%, V:0.75%, T1:0.18%, Co:4.20%, Cu:
1.35%, B:0.035%, N:0.18%, Zr:0.45%, S ≤ 0.03，P ≤ 0.05，余量為 Fe 和不可避免的雜質。
[0039]實施例四
[0040]一種鐵素體系耐熱鋼，所述耐熱鋼以重量百分比計由下列組分組成:C:0.21%，Si:0.18%, Mn:1.65%, Cr:15.8%, N1:0.75%, V:0.65%, T1:0.22%, Co:3.80%, Cu:
1.45%, B:0.025%, N:0.22%, Zr:0.35%, S≤ 0.03，P ≤0.05，余量為 Fe 和不可避免的雜質。[0041]實施例五
[0042]一種鐵素體系耐熱鋼，所述耐熱鋼以重量百分比計由下列組分組成:C:0.20%,Si:0.20%, Mn:1.6%, Cr:16.0%, Ni:0.7%, V:0.7%, T1:0.20%, Co:4.0%, Cu:1.4%,B:0.03%, N:0.20%, Zr:0.40%, S≤ 0.03，P ≤ 0.05，余量為 Fe 和不可避免的雜質。
[0043] 申請人:聲明，本發明通過上述實施例來說明本發明的詳細工藝設備和工藝流程，但本發明并不局限于上述詳細工藝設備和工藝流程，即不意味著本發明必須依賴上述詳細工藝設備和工藝流程才能實施。所屬【技術領域】的技術人員應該明了，對本發明的任何改進，對本發明產品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發明的保護范圍和公開范圍之內。
【權利要求】
1.一種鐵素體系耐熱鋼，其特征在于，所述耐熱鋼以重量百分比計由下列組分組成:C:0.18 ~0.22%, Si:0.15 ~0.25%, Mn:1.5 ~1.7%，Cr:15.5 ~16.5%，Ni:0.6 ~0.8%, V:0.6 ~0.8%，Ti:0.15 ~0.25%, Co:3.50 ~4.50%, Cu:1.30 ~1.50%，B:0.02 ~0.04%,N:0.15 ~0.25%,Zr:0.30 ~0.50%, S ^ 0.03,P ( 0.05，余量為 Fe 和不可避免的雜質。
2.如權利要求1所述的一種鐵素體系耐熱鋼，其特征在于，所述耐熱鋼以重量百分比計由下列組分組成:C:0.19 ~ 0.21%,Si:0.18 ~0.22%,Mn:1.55 ~1.65%,Cr:15.8 ~16.2%, N1:0.65 ~0.75%, V:0.65 ~0.75%，T1:0.18 ~0.22%，Co:3.80 ~4.20%，Cu:1.35 ~1.45%, B:0.025 ~0.035%, N:0.18 ~0.22%, Zr:0.35 ~0.45%, S ≤ 0.03，P^0.05，余量為Fe和不可避免的雜質。
3.如權利要求2所述的一種鐵素體系耐熱鋼，其特征在于，所述耐熱鋼以重量百分比計由下列組分組成:c:0.20%, Si:0.20%, Mn:1.60%, Cr:16.0%,N1:0.70%, V:0.70%,Ti:0.20%,Co:4.00%,Cu:1.40%,B:0.030%,N:0.20%,Zr:0.40%, S ( 0.03,P ( 0.05，余量為Fe和不可避 免的雜質。
【文檔編號】C22C38/58GK103667976SQ201210327620
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月6日 優先權日:2012年9月6日
【發明者】周明華 申請人:無錫新大中薄板有限公司