專利名稱：一種奧氏體節鎳耐熱鋼板及其制造方法
技術領域：
本發明涉及鋼板制造技術領域，具體地說，涉及一種新型奧氏體節鎳耐熱鋼板及其制造方法。
背景技術：
鎳是鋼中重要的元素之一，鎳可以提高鋼的機械性能，增加鋼的強度、韌性、耐熱性，增加鋼的防腐蝕、抗酸性及其導磁性等。鎳還能夠細化晶粒、提高鋼的淬透性和增加鋼的硬度。加了鎳的鋼有著良好的耐熱耐蝕性，并且鎳是奧氏體區擴大元素，同時可以防止奧氏體鋼中脆性相的生成。基于上述優點，近來，奧氏體耐熱不銹鋼在鍋爐和壓力容器中有著廣泛的應用，例如取向硅鋼高溫環形退火爐熱處理設備內罩，是退火保護的關鍵設備，長期在高溫下運行， 標準退火周期為150h，其中加熱至650°C保溫停留17h，在高溫工作1200°C保溫27h。設備內罩須長期在高溫下運行，致局部熔損及氧化皮脫落，使設備壽命大大降低。在現有技術中，取向硅鋼高溫環形退火爐熱處理設備內罩在制造過程的冶煉中采用工業純鐵為原料，加入鉻鐵、鑰鐵、鎳板等合金化，一般采用(I)非真空感應爐冶煉；⑵電弧爐+爐外精煉(LF) +真空精煉等工藝方法生產高含鎳量鋼種1625Ni20Si2、20X25H20C2、X15CrNiSi25_21等，其含鎳量達18-22%。這些合金的生產和使用無疑會消耗大量價格昂貴的鎳，不僅會增加生產成本，也與“節能減排”的大趨勢相悖。采用現有技術，不僅消耗大量稀缺鎳資源，高溫持久強度、抗高溫氧化能力和耐介質腐蝕性能大大降低。綜上，高鎳合金的應用，特別是未來的應用必然會受到嚴格的限制。而如果選用鎳含量降低價格相對便宜的合金又難以滿足更高溫度、更高應力和更苛刻的使用條件。為了滿足合金在更苛刻的條件下的要求，保證或者大幅提高使用壽命，同時又可降低合金的生產成本，可以替代高鎳鋼種的研究與開發越來越重要。
發明內容
本發明的目的旨在克服現有技術中的不足，提供一種產品質量好，不僅節約大量稀缺鎳資源，而且高溫持久強度、抗高溫氧化能力和耐介質腐蝕能力優良新型奧氏體節鎳耐熱鋼板的制造方法。針對上述目的，本發明的技術方案是通過對鋼種成分組成的設計，通過對制造方法以及在制造過程中工藝參數的優化設計，提出了一種節鎳型奧氏體耐熱不銹鋼的制造方法。本發明的一方面提供一種奧氏體節鎳耐熱鋼板，所述鋼板的組成以重量百分比為碳彡O. 15%、硅I. O 3. 50%、錳彡2. 0%、硫彡O. 030%、磷彡O. 040%、鉻23. O 26. 0%、鑰O. 5 I. 2%、鎳12. O 15. 0%、氮O. 10 O. 35%，余量為鐵。鋼板的組成還包括重量百分比為O. 01 O. 07%的鋁和O. 01 O. 04%的銅。所述鋼板的屈服強度為400-430Mpa，抗拉強度 800_830Mpa。本發明的另一方面提供一種奧氏體節鎳耐熱鋼板的制造方法，所述方法包括以下工藝步驟a、合金冶煉，采用非真空感應爐或電弧爐+爐外精煉+真空精煉中的其中一種，以返回鋼、純鐵及符合耐熱鋼板組成的合金、金屬為原料進行冶煉；出鋼溫度控制在1540 15600C ;出鋼后澆注成合金鋼錠；合金鋼錠的組成以重量百分比為碳< O. 15%、硅I. O 3. 50%、錳≤2. 0%、硫≤ O. 030%、磷≤O. 040%、鉻 23. O 26. 0%、鑰 O. 5 I. 2%、鎳12. O 15. 0%、氮O. 10 O. 35%，余量為鐵；b、鍛造熱加工，將上述合金鋼錠緩慢加熱鍛造熱加工為鋼坯，鍛造加熱溫度1220 1270°C ;保溫時間5 10小時；開鍛溫度≥1100°C，終鍛≥850°C ;將鍛造后的鋼坯表面全面磨光，清理缺陷，切頭尾；C、軋制熱加工，將上述鋼坯緩慢加熱后進行軋制熱加工，軋制加熱溫度1200 12500C ;保溫時間3 15小時；開軋溫度彡1100°C、終軋彡900°C ;軋制成板材；d、固溶及表面處理板材經1080-1140°C固溶后，保溫時間按厚度方向l_2min/nun ;冷卻方式水冷或油冷；冷卻時間> 30min ;清理缺陷；切頭尾即為成品鋼板。步驟a中以返回鋼、純鐵及符合耐熱鋼板組成的合金、金屬原料優選采用以重量百分比計c ( O. 05%, S 彡 O. 005%, P ( O. 010%, Ti ( O. 05%, N ( 50ppm, O ( 40ppm,Sn ^ O. 015 %, Pb ^ O. 01 %, Cu ^ O. 08 %,余量為鐵的原料；再按成份設計加入l#Ni、V_Cr、N-Cr, J-Mn, Fe_Mo、硅鐵、J-Al、Si-Ca 進行合金化冶煉。步驟c的軋制熱加工保溫時間優選采用不低于5小時。非真空感應爐可以采用電磁感應加熱對應的冶煉爐型；電弧爐+爐外精煉+真空精煉可以采用電弧加熱初煉，然后鋼包電弧加熱并調整成分，最后進行真空脫碳保鉻、去氣。有所述方法制造的鋼板的屈服強度為400_430Mpa，抗拉強度800_830Mpa。在本發明的奧氏體節鎳耐熱鋼板的制造方法中的固溶處理是指熱軋后的材料經過加熱保溫快冷處理，使得合金元素溶解到晶粒中并細化晶粒，以達到改善合金綜合性能的目的。與現有技術相比，本發明具有下列特點和有益效果(I)本發明選用工業純鐵、合金和其它金屬為原料，為獲取高純凈度鋼板提供了物質基礎，在非真空感應爐合金化(或電弧爐+LF+真空精煉等)合金化冶煉，加大氮含量使用，大幅度減少鎳使用量，降低了氧元素含量，獲得高純潔度鋼錠；鋼錠經加熱溫度1220°C 1270°C、保溫時間5 10小時處理后，進行熱加工鍛造，使合金元素分布均勻，從而減少偏析；采用本發明制得的新型奧氏體節鎳耐熱鋼板，產品質量達到技術要求，并且具有高純潔度。(2)采用本發明，獲得的新型奧氏體節鎳耐熱鋼板，偏析滿足GB1979中< I級水平，氧化物、硫化物均< 2. O級要求；達到的力學性能σ b彡490Mpa, σ s彡230Mpa,δ s 彡 35%。(3)本發明產品制備工藝簡單，實用性強，不僅大幅度減少鎳使用量，降低生產成本；且提高高溫性能(高溫持久強度、抗高溫氧化和耐介質腐蝕)，能夠滿足大規模工業生產急需，為我國環形退火爐升級更新提供了技術保障。
具體實施例方式以下結合實施例對本發明作進一步詳細說明，但不能理解為是對本發明保護范圍的限制，該領域的技術人員根據上述本發明的內容對本發明作出的一些非本質的改進和調整，仍屬于本發明的保護范圍。根據本發明的奧氏體耐熱鋼板的制造方法所制造出的奧氏體節鎳耐熱鋼板，所述鋼板的組成以重量百分比為碳彡O. 15%、硅I. O 3. 50%、錳彡2. O %、硫彡O. 030%、磷(O. 040%、鉻 23. O 26. 0%、鑰 O. 5 I. 2%、鎳 12. O 15. 0%、氮 O. 10 O. 35%，余量為鐵。鋼板的組成還包括重量百分比為O. 01 O. 07%的鋁和O. 01 O. 04%的銅。所述鋼板的屈服強度為400-430Mpa，抗拉強度800_830Mpa。下面，將結合實施例詳細描述本發明。根據本發明示出的耐熱鋼板的制造方法包 括下述步驟a、合金冶煉，采用非真空感應爐或電弧爐+爐外精煉+真空精煉中的其中一種，非真空感應爐可以采用電磁感應加熱對應的冶煉爐型，電弧爐+爐外精煉+真空精煉可以采用電弧加熱初煉，然后鋼包電弧加熱并調整成分，最后進行真空脫碳保鉻、去氣。其中，以返回鋼、純鐵及符合耐熱鋼板組成的合金、金屬為原料進行冶煉；出鋼溫度控制在1540 15600C ;出鋼后澆注成合金鋼錠；合金鋼錠的組成以重量百分比為碳彡O. 15%、硅I. O 3. 50%、錳彡 2. 0%、硫彡 O. 030%、磷彡 O. 040%、鉻 23. O 26. 0%、鑰 O. 5 I. 2%、鎳12. O 15. O0AM O. 10 O. 35%，余量為鐵；b、鍛造熱加工，將上述合金鋼錠緩慢加熱鍛造熱加工為鋼坯，鍛造加熱溫度1220 1270°C;保溫時間5 IO小時，優選地，保溫時間不低于5小時；開鍛溫度彡1100°C，終鍛> 8500C ;將鍛造后的鋼坯表面全面磨光，清理缺陷，切頭尾；C、軋制熱加工，將上述鋼坯緩慢加熱后進行軋制熱加工，軋制加熱溫度1200 12500C ;保溫時間3 15小時；開軋溫度彡1100°C、終軋彡900°C ;軋制成板材；d、固溶及表面處理板材經1080-1140°C固溶后，保溫時間按厚度方向l_2min/nun ;冷卻方式水冷或油冷；冷卻時間> 30min ;清理缺陷；切頭尾即為成品鋼板。在上述鋼板的組成成分中，碳是有效地賦予耐熱鋼所需的適宜的拉伸強度和高溫持久強度的組分。然而如果碳含量過高，將破壞焊接性，為此，本發明的碳含量為< O. 15%。硅有利于改善耐熱鋼的抗氧化性，但是過量硅破壞合金鋼的焊接性能，如果長期暴露在高溫環境下容易形成σ相破壞合金的延展性和韌性。為此硅含量為I. O 3. 50%。錳是奧氏體穩定元素，并增加氮在奧氏體中的溶解度，錳含量過高有損于抗氧化性，降低合金的蠕變極限。為此錳含量不超過2. O %。氮同碳一樣是形成和穩定奧氏體的元素，作為間隙元素，具有很強的固溶強化作用，顯著提高耐熱鋼的高溫強度和抗蠕變性能。因此氮含量限定為O. 10 O. 35%。鉻能提高耐熱鋼的抗氧化性和耐蝕性，在氧化的介質中能形成致密的含鉻氧化膜，能阻止金屬基體的繼續破壞。如果鉻含量過高則為了穩定奧氏體并抑制脆性相的形成就需要增加鎳的含量，增加原料成本。因此鉻含量控制在23. O 26. O %。鑰具有較強的碳化物形成能力，使較低含碳量的合金鋼也具有較高的硬度，而且鑰能夠阻止奧氏體化的晶粒粗大。鑰可以提高淬透性，但是會引起晶間偏聚造成合金脆性，所以鑰含量控制在O. 15 I. 20%。鎳是強烈形成并穩定奧氏體且擴大奧氏體相區的元素，特定的鉻含量的情況下，增加鎳含量抑制氧化物生長速度并增加形成連續氧化鉻層得趨勢。然而增加鎳的含量，會大大增加原材料成本，因此，本發明將鎳含量限制在12. O 15. 0%。既滿足鋼板的性能要求，又節約了成本。固溶處理的保溫時間根據板材厚度的不同進行選擇，本發明的保溫時間采用按厚度方向l-2min/mm,冷卻方式為水冷或油冷,冷卻時間> 30min,然而本發明不限于此,在不脫離本領域技術人員的認知范圍內，可以根據需要進行改變，意在使合金元素完全固溶進合金基體中并且不會造成晶粒的過度長大，獲得組織均勻并且細化的晶粒的目的，從而合金的綜合性能得到改善。在本發明中，采用非真空感應爐或電弧爐+爐外精煉+真空精煉中的其中一種進行冶煉，采用的非真空感應爐是指采用電磁感應加熱對應的冶煉爐型，常用的種類。所述的 電弧爐+爐外精煉+真空精煉是指采用電弧加熱初煉，然后鋼包電弧加熱并調整成分，最后進行真空脫碳保鉻、去氣。以下具體實施例中的步驟a中以返回鋼、純鐵及符合耐熱鋼板組成的合金、金屬原料優選采用以重量百分比計C彡O. 05%，S彡O. 005%，P彡O. 010%，Ti彡O. 05%，N ( 50ppm, O ( 40ppm, Sn ( O. 015%, Pb ^ O. 01 %, Cu ^ O. 08%，余量為鐵的原料；再按成份設計加入l#Ni、V-Cr、N-Cr, J-Mn, Fe_Mo、硅鐵、J-Al、Si-Ca進行合金化冶煉。原料含量的加入須滿足合金鋼的含量要求。實施例I實施例I的新型奧氏體節鎳耐熱鋼板的制造方法，包括下列步驟a、非真空感應爐合金化，采用電磁感應加熱爐進行冶煉以返回鋼、純鐵和其它合金、金屬為原料，在非真空感應爐冶煉成按重量百分比(％wt)見表I的合金，表I
~C ~Si Mn ~SCrMoNi Γ
0.08 270 Γδ 0.003 0.015 24.46 0 7 13.95 0.275其余為Fe ；出鋼溫度控制在1540°C ;出鋼后澆注成4. 9t扁鋼錠；b、鍛造熱加工將鋼錠緩慢加熱至1200°C，進行鍛造熱加工，保溫5小時；開鍛溫度1100°C，終鍛850°C;鋼錠經鍛造后成為215 X 1300 X 1780 (mm)的鋼坯，將表面全面磨光，清理凈缺陷，切頭尾，送入軋制區待軋；C、軋制熱加工將上述鋼坯緩慢加熱到1200°C溫度，保溫時間3小時；在1780軋機進行軋制熱加工、開軋溫度1100°c、終軋90(TC，軋制成11 X 3000X 12000 (mm)板材；d、固溶及表面處理板材經1080°C固溶后，保溫22min后，根據實際需要水冷或油冷；冷卻時間為30min ;清理缺陷；切頭尾即為成品鋼板。經檢驗，本實施例新型奧氏體節鎳耐熱鋼板的物理檢驗結果如下夾雜物氧化物I.5級、硫化物O. 5級；室溫力學性能屈服強度424Mpa，抗拉強度804Mpa，伸長48% ;氧含量25ppm，完全滿足實際應用所需要。實施例2與實施例I類似，實施例2中的制造方法，包括下列步驟a、可以采用電弧加熱初煉，然后鋼包電弧加熱并調整成分，最后進行真空脫碳保鉻、去氣。冶煉成按重量百分比Wt)見表2的合金，表權利要求
1.一種奧氏體節鎳耐熱鋼板，其特征在于，鋼板的組成以重量百分比計為碳(O. 15%、硅 I. O 3. 50%、錳彡 2. 0%、硫彡 O. 030%、磷彡 O. 040%、鉻 23. O 26. 0%、鑰 O. 5 I. 2% M 12. O 15. 0%、氮 O. 10 O. 35%，余量為鐵。
2.根據權利要求I所述的奧氏體節鎳耐熱鋼板，其特征在于，鋼板的組成還包括重量百分比為O. 01 O. 07%的鋁和O. 01 O. 04%的銅。
3.根據權利要求I所述的奧氏體節鎳耐熱鋼板，其特征在于，鋼板的屈服強度為400-430Mpa，抗拉強度為 800_830Mpa。
4.一種奧氏體節鎳耐熱鋼板的制造方法，其特征在于，包括以下工藝步驟 a、合金冶煉，以返回鋼、純鐵及符合耐熱鋼板組成的合金、金屬為原料進行冶煉；出鋼溫度控制在1540 1560°C;出鋼后澆注成合金鋼錠；合金鋼錠的組成以重量百分比計為碳(O. 15%、硅 I. O 3. 50%、錳彡 2. 0%、硫彡 O. 030%、磷彡 O. 040%、鉻 23. O 26. 0%、鑰 O. 5 I. 2% M 12. O 15. O0AM O. 10 O. 35%，余量為鐵； b、鍛造熱加工，將上述合金鋼錠緩慢加熱，鍛造熱加工為鋼坯，鍛造加熱溫度1220 12700C ;保溫時間5 10小時；開鍛溫度彡1100°C，終鍛彡850°C ;將鍛造后的鋼坯表面全面磨光，清理缺陷，切頭尾； C、軋制熱加工，將上述鋼坯緩慢加熱后進行軋制熱加工，軋制加熱溫度1200 1250°C;保溫時間3 15小時；開軋溫度彡1100°C、終軋彡9000C ;軋制成板材； d、固溶及表面處理，板材經1080-1140°C固溶后，保溫時間為按厚度方向l-2min/mm;冷卻方式為水冷或油冷；冷卻時間> 30min ;清理缺陷，切頭尾即為成品鋼板。
5.根據權利要求4所述的制造方法，其特征在于，步驟a中以返回鋼、純鐵及符合耐熱鋼板組成的合金、金屬原料優選采用以重量百分比計C< O. 05%，S ^ O. 005%,P 彡 O. 010 %, Ti ^ O. 05 %, N ^ 50ppm, O ( 40ppm, Sn ( O. 015 %, Pb ^ O. 01 %,Cu ( O. 08%，余量為鐵的原料；再按成份設計加入l#Ni、V-Cr, N-Cr, J-Mn, Fe_Mo、硅鐵、J-Al、Si-Ca進行合金化冶煉。
6.根據權利要求4所述的制造方法，其特征在于，步驟c的軋制熱加工保溫時間優選采用不低于5小時。
7.根據權利要求4所述的制造方法，其特征在于，采用非真空感應爐或電弧爐+爐外精煉+真空精煉中的其中一種進行冶煉，所述的非真空感應爐是指采用電磁感應加熱對應的冶煉爐型；所述的電弧爐+爐外精煉+真空精煉是指采用電弧加熱初煉，然后鋼包電弧加熱并調整成分，最后進行真空脫碳保鉻、去氣。
8.根據權利要求4所述的制造方法，其特征在于，鋼板的屈服強度為400-430Mpa，抗拉強度 800-830Mpa。
9.根據權利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述固溶處理是指熱軋后的材料經過加熱保溫快冷處理，使得合金元素溶解到晶粒中并細化晶粒，以達到改善合金綜合性能的目的。
全文摘要
本發明公開了一種新型奧氏體節鎳耐熱鋼板及其制造方法，該方法的特點在于，經過對耐熱鋼板的冶煉、鍛造、軋制以及固溶處理及表面處理等工藝步驟，制造了重量百分比含量為碳≤0.15％、硅1.0～3.50％、錳≤2.0％、硫≤0.030％、磷≤0.040％、鉻23.0～26.0％、鉬0.5～1.2％、鎳12.0～15.0％、氮0.10～0.35％，余量為鐵的新型奧氏體節鎳耐熱鋼板。使用該方法制造的耐熱鋼板節約鎳資源，且高溫持久強度、抗高溫氧化能力和耐介質腐蝕能力得到提高。
文檔編號C22C38/58GK102888568SQ201210339620
公開日2013年1月23日 申請日期2012年9月14日 優先權日2012年9月14日
發明者郭曉軍, 王利偉, 林華, 彭聲通, 周茂華 申請人:攀鋼集團江油長城特殊鋼有限公司