專利名稱：一種抗晶間腐蝕耐熱鋼及其制備方法
所屬領(lǐng)域本發(fā)明屬于合金鋼的制造技術(shù)領(lǐng)域。特別適合制備火電機(jī)組的高壓爐鍋爐鋼中抗晶間腐蝕用奧氏體耐熱合金鋼及其該耐熱鋼的制備方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，10Cr18Ni9Cu3NbNB奧氏體耐熱鋼在火電機(jī)組中使用，是屬于高檔的高壓鍋爐用鋼材。目前，在我國(guó)新建的火電廠中也同樣是選擇該鋼種在超/超超臨界機(jī)組中廣泛使用。該10Cr18Ni9Cu3NbNB鋼種是ASMESA213Code Case2328-1中的S30432鋼號(hào)，其具體成分重量％是C 0.07-0.13％；Si≤0.3％；Mn≤1.0；P≤0.040％；S≤0.03％；Cr 17.0-19.0％；Ni 7.5-10.5％；Cu 2.5-3.5％；Nb 0.3-0.6％；N 0.05-0.12％；B 0.001-0.010％；Al 0.003-0.03％；其余為Fe。由于在ASME SA213中CC2328-1中S30432鋼號(hào)均是采納的ASTMA213/A213M中UNS30432鋼號(hào)，而在該標(biāo)準(zhǔn)的補(bǔ)充技術(shù)條件中要求有晶間腐蝕A262中E項(xiàng)。在我國(guó)冶金廠所生產(chǎn)的鋼管中，由于過去未要求有晶間腐蝕檢驗(yàn)，所以使鋼管產(chǎn)品成為存在有內(nèi)部隱患的合格品。目前，各項(xiàng)工程為保證設(shè)計(jì)時(shí)的安全性、設(shè)備運(yùn)行正常和使用的可靠性，都要求所用關(guān)鍵鋼材必須通過晶間腐蝕試驗(yàn)，即GB43345中E法(硫酸+硫酸銅+銅試驗(yàn)方法)。而目前生產(chǎn)中10Cr18Ni9Cu3NbNB奧氏體耐熱鋼普遍是不能通過GB43345中E法的晶間腐蝕檢驗(yàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種成分設(shè)計(jì)合理，并且能消除產(chǎn)品內(nèi)部晶間腐蝕現(xiàn)象的抗晶間腐蝕耐熱鋼及其該耐熱鋼的制備方法。
根據(jù)本發(fā)明目的所提出的抗晶間腐蝕耐熱鋼，是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)10Cr18Ni9Cu3NbNB奧氏體耐熱鋼在成分中，由于鋼中元素的含量范圍較寬，該鋼雖然能夠滿足材料的使用力學(xué)性能要求，但不能滿足材料內(nèi)部的抗晶間腐蝕設(shè)計(jì)要求。因此我們是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)材料中的不足之處所提出本發(fā)明，其抗晶間腐蝕耐熱鋼的原理是奧氏體耐熱鋼在高溫條件下析出M23C6型碳化物，主要是Cr23C6碳化物在晶界上析出，造成晶界及附近的貧Cr區(qū)而引起晶界上的抗腐蝕性能弱化，容易造成晶界腐蝕的發(fā)生。根據(jù)這一基本原理，我們所提出的抗晶間腐蝕耐熱鋼，其主要在于設(shè)計(jì)成分控制鋼中的C、N、Nb元素的同時(shí)，控制鋼材的最終熱處理制度，以保證鋼管供貨狀態(tài)不產(chǎn)生晶間腐蝕。
我們根據(jù)上述原理設(shè)計(jì)的本發(fā)明抗晶間腐蝕耐熱鋼，其特征在于該鋼的具體化學(xué)成分重量％為C 0.058-0.086％；Si≤0.3％；Mn 0.5-1.0％；P≤0.04％；S≤0.03％；Cr 17.0-19.0％；Ni 7.5-10.5；Cu 2.5-3.5；Nb 0.3-0.7％；N 0.09-0.12％；B 0.001-0.010％；Al 0.003-0.03％；其余為Fe。
由于本發(fā)明抗晶間腐蝕耐熱鋼是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)10Cr18Ni9Cu3NbNB奧氏體耐熱鋼的成分進(jìn)行適量調(diào)整，在本發(fā)明耐熱鋼成分中各合金元素的作用鋼中的C能與Cr形成Cr23C6型碳化物，該碳化物有提高本發(fā)明鋼的強(qiáng)度效果，C元素還能與本發(fā)明鋼中的Nb元素形成NbC以提高鋼的強(qiáng)度，并且還能與N元素共同形成Nb(C，N)相，由于Nb(C、N)是細(xì)小的納米級(jí)析出相，這祥不僅有提高本發(fā)明鋼的強(qiáng)度效果，而且還能使本發(fā)明鋼在長(zhǎng)時(shí)期高溫下仍然保持足夠的持久強(qiáng)度性能。本發(fā)明的成分，C 0.058-0.086％；而Nb和N分別為Nb 0.3-0.7％；N 0.09-0.12％；。通過試驗(yàn)，當(dāng)C含量高時(shí)，則該鋼基體容易出現(xiàn)晶間腐蝕，當(dāng)C含量低時(shí)，通過適當(dāng)熱處理不會(huì)出現(xiàn)晶間腐蝕，因此在本發(fā)明的抗晶間腐蝕耐熱鋼成分中C含量為0.058-0.086％。另外N元素在本發(fā)明鋼的成分中是補(bǔ)充C與Nb共同形成細(xì)小的納米級(jí)析出相，目的是提高本發(fā)明鋼在高溫下保持有足夠強(qiáng)的力學(xué)性能，因此N含量限制較苛刻為N 0.09-0.12％；。由于本發(fā)明鋼的成分設(shè)計(jì)是采取低碳、高氮和控制加入適量鈮的方案，所以在本發(fā)明鋼中減少Cr23C6碳化物形成量，而其他元素的作用與現(xiàn)有奧氏體耐熱鋼成分設(shè)計(jì)相似。因此，在本發(fā)明鋼的成分中，按設(shè)計(jì)要求調(diào)整C、Nb、N元素的匹配含量，是保證本發(fā)明鋼有足夠的長(zhǎng)時(shí)的高溫強(qiáng)度，和具備良好的抗晶間腐蝕性能的重要手段之一。
本發(fā)明抗晶間腐蝕耐熱鋼的制備方法與現(xiàn)有技術(shù)方法的相同之處是煉鋼十鍛造和軋制十固溶熱處理。煉鋼是在電爐中進(jìn)行，鍛造是將鋼錠加熱到1100℃后進(jìn)行開鍛，終鍛溫度不能低于900℃。本發(fā)明抗晶間腐蝕耐熱鋼的制備方法特征在于最終固溶熱處理溫度控制在1100-1200℃/15-23℃/s快冷十650℃/2h冷卻至室溫。快冷速度為每秒降溫15-23℃。
采用本發(fā)明抗晶間腐蝕耐熱鋼及其制備方法與現(xiàn)有技術(shù)奧氏體耐熱鋼相比較，本發(fā)明鋼及方法具有成分設(shè)計(jì)合理，制備工藝簡(jiǎn)單、穩(wěn)定，并且可以不產(chǎn)生晶間腐蝕，或有效的消除在產(chǎn)品中產(chǎn)生晶間腐蝕的現(xiàn)象。
具體實(shí)施方案根據(jù)本發(fā)明所提出的抗晶間腐蝕耐熱鋼及其制備方法，我們依據(jù)本發(fā)明耐熱鋼的成分范圍共做了六組試驗(yàn)和兩組對(duì)比試驗(yàn)。實(shí)施例試驗(yàn)?zāi)蜔徜摰纳a(chǎn)均是采用電爐進(jìn)行冶煉，然后將鋼錠于1100℃進(jìn)行開鍛，終鍛溫度高于900℃。本發(fā)明實(shí)施例與現(xiàn)有技術(shù)對(duì)比結(jié)果均列入下表。表1為本發(fā)明實(shí)施例抗晶間腐蝕耐熱鋼與對(duì)比鋼S30432成分的比較；表2為本發(fā)明實(shí)施例抗晶間腐蝕耐熱鋼的固溶處理工藝及晶間腐蝕試驗(yàn)結(jié)果；表3為本發(fā)明實(shí)施例抗晶間腐蝕耐熱鋼的室溫、高溫力學(xué)性能。在上述對(duì)比表中序號(hào)1-6為本發(fā)明抗晶間腐蝕耐熱鋼，序號(hào)7為現(xiàn)有技術(shù)的S30432(ASME)鋼，序號(hào)8為與現(xiàn)有技術(shù)的S30432(ASME)鋼相似鋼。序號(hào)7、8均為有晶間腐蝕的耐熱鋼，序號(hào)7為S30432(ASME)標(biāo)準(zhǔn)的鋼，而序號(hào)8成分中Nb含量高于S30432(ASME)標(biāo)準(zhǔn)鋼。而本發(fā)明鋼主要以調(diào)整成分中C、Nb含量的比例和固溶處理藝來解決該鋼的抗晶間腐蝕效果。
表1為本發(fā)明實(shí)施例抗晶間腐蝕耐熱鋼與對(duì)比鋼成分重量％的比較；
表2為本發(fā)明工藝制備的抗晶間腐蝕鋼及晶間腐蝕試驗(yàn)對(duì)比結(jié)果
表3本發(fā)明實(shí)施例抗晶間腐蝕耐熱鋼的室溫、高溫力學(xué)性能。

權(quán)利要求
1.一種抗晶間腐蝕耐熱鋼，其特征在于該鋼的具體化學(xué)成分重量％為C0.058-0.086；Si≤3％；Mn 0.5-0.9％；P≤0.04％；S≤0.03％；Cr 17.0-19.0％；Ni 7.5-10.5；Cu 2.5-3.5；Nb 0.3-0.7％；N 0.09-0.12％；B 0.001-0.010％；Al0.003-0.03％；其余為Fe。
2.一種成分重量％為C 0.058-0.086；Si≤3％；Mn 0.5-0.9％；P≤0.04％；S≤0.03％；Cr 17.0-19.0％；Ni 7.5-10.5；Cu 2.5-3.5；Nb 0.3-0.7％；N0.09-0.12％；B 0.001-0.010％；Al 0.003-0.03％；其余為Fe的抗晶間腐蝕耐熱鋼的制備方法，該鋼的冶練是在電爐中進(jìn)行，鍛造是將鋼錠加熱到1100℃后進(jìn)行開鍛，終鍛溫度不能低于900℃，其特征在于最終固溶熱處理溫度控制在1100-1200℃/快冷十650℃/2h冷卻至室溫。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述抗晶間腐蝕耐熱鋼的制備方法，其特征在于控制在1100-1200℃/快冷是指冷卻速度為每秒降溫15-23℃。
全文摘要
本發(fā)明屬于合金鋼的制造技術(shù)領(lǐng)域。特別適合制備火電機(jī)組的高壓爐鍋爐鋼中抗晶間腐蝕用奧氏體耐熱合金鋼及其該耐熱鋼的制備方法。該抗晶間腐蝕耐熱鋼的成分重量％為C 0.058－0.086；Si≤3％；Mn 0.5－0.9％；P≤0.04％；S≤0.03％；Cr 17.0－19.0％；Ni 7.5－10.5；Cu 2.5－3.5；Nb 0.3－0.7％；N 0.09－0.12％；B 0.001－0.010％；Al 0.003－0.03％；其余為Fe。該鋼的制備方法是經(jīng)煉鋼，和1100℃的開鍛與不能低于900℃終鍛后再進(jìn)行固溶熱處理，最終固溶熱處理的控制溫度為1100－1200℃/快冷十650℃/2h冷卻至室溫。采用本發(fā)明抗晶間腐蝕耐熱鋼及其制備方法與現(xiàn)有技術(shù)耐熱鋼相比較具有成分設(shè)計(jì)合理，制備工藝簡(jiǎn)單、穩(wěn)定，并且不產(chǎn)生晶間腐蝕，或有效的消除在產(chǎn)品中產(chǎn)生晶間腐蝕的現(xiàn)象。
文檔編號(hào)C21D11/00GK1958829SQ20061011316
公開日2007年5月9日 申請(qǐng)日期2006年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月18日
發(fā)明者程世長(zhǎng), 劉正東, 楊鋼, 包漢生, 林肇杰, 李密, 王立民 申請(qǐng)人:鋼鐵研究總院