用多種納米析出相復(fù)合強(qiáng)化鉻鎳型奧氏體耐熱鋼的方法
【專利摘要】一種用多種納米析出相復(fù)合強(qiáng)化鉻鎳型奧氏體耐熱鋼的方法，其成分質(zhì)量%為0.05-0.15%C，24-26%Cr，19-22%Ni，3-6%Cu，0.2-0.8%Nb，0.10-1.0%N，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。在25/20鉻鎳型奧氏體鋼中加入微量元素Nb與氮生成一種納米析出相M（C，N）或稱MX相強(qiáng)化而發(fā)展了時(shí)效析出相強(qiáng)化奧氏體型耐熱鋼。加入適量的Cu元素使這類奧氏體耐熱鋼中形成納米析出富銅相，合理配置Cr，Nb和N的含量可以生成納米級(jí)的NbCrN型析出相。本發(fā)明使三種納米析出相MX，NbCrN和富Cu相在時(shí)效時(shí)共同在鉻鎳型奧氏體基體中析出，產(chǎn)生優(yōu)異的多相復(fù)合析出強(qiáng)化的合金組織設(shè)計(jì)新方法，可以取得更有效的強(qiáng)化效應(yīng)。
【專利說明】用多種納米析出相復(fù)合強(qiáng)化鉻鎳型奧氏體耐熱鋼的方法
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，涉及一種超超臨界電站鍋爐用多種納米析出相復(fù)合強(qiáng)化的25/20鉻鎳型奧氏體耐熱鋼。
【背景技術(shù)】
[0003]電力是保證國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要能源支柱。當(dāng)前我國(guó)的總發(fā)電量約80%來(lái)自燃煤火力電站。要提高發(fā)電廠熱效率達(dá)到節(jié)能減排(CO2及其它有害氣體)保護(hù)環(huán)境已是我國(guó)重要的基本國(guó)策之一。為了達(dá)到這個(gè)目的，大力開展高蒸汽參數(shù)的超超臨界發(fā)電機(jī)組已是世界燃煤電廠發(fā)展的重要方向。我國(guó)于2006年12月第一臺(tái)600°C超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組投入運(yùn)行，各項(xiàng)指標(biāo)均已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)。此后我國(guó)大力發(fā)展600°C超超臨界機(jī)組，至今已超過100臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)，在世界超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組總量上占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。發(fā)展600°C超超臨界發(fā)電機(jī)組的必要條件是使用優(yōu)質(zhì)高強(qiáng)抗蝕奧氏體型耐熱鋼。
[0004]為超超臨 界鍋爐一汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組提供600°C高參數(shù)蒸汽鍋爐中溫度最高的關(guān)鍵部件是過熱器和再熱器管道。目前廣泛采用的是以單一的NbC或Nb (CN)即MX納米相析出強(qiáng)化的18/10型鉻鎳奧氏體耐熱鋼TP347H，以及用納米富Cu相和MX兩種相析出強(qiáng)化的Super304H奧氏體耐熱鋼和用納米MX和NbCrN兩種析出相析出強(qiáng)化的25/20鉻鎳型奧氏體耐熱鋼HR3C。在這三種目前廣泛使用商用鋼種中Super304H具有最高的持久強(qiáng)度，HR3C鋼具有最好的抗氧化腐蝕性能。但是，HR3C鋼在高溫長(zhǎng)期時(shí)效后會(huì)產(chǎn)生沖擊韌性急劇下降的嚴(yán)重缺點(diǎn)，迫切需要改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的是為了滿足電站鍋爐過熱器/再熱器的實(shí)際服役條件，即同時(shí)獲得具有優(yōu)良的高溫持久強(qiáng)度和優(yōu)良的抗氧化腐蝕性能，同時(shí)為了解決長(zhǎng)期時(shí)效后沖擊性能下降的問題，
在600°C等級(jí)超超臨界電站鍋爐過熱器/再熱器管道用材料中，TP347H、Super304H及HR3C耐熱鋼是現(xiàn)階段用量最大的三種商用耐熱鋼。但是TP347H高溫強(qiáng)度相對(duì)較低；Super304H盡管具有優(yōu)良的高溫強(qiáng)度但是其抗氧化腐蝕性能略低，而HR3C在這三種材料中盡管抗氧化腐蝕性能較好，但HR3C的沖擊韌性及高溫強(qiáng)度略低。本發(fā)明通過加入Cu，Nb，N等合金元素，使材料的綜合性能提高。
[0006]一種用多種納米析出相復(fù)合強(qiáng)化鉻鎳型奧氏體耐熱鋼的方法，其特征在于，化學(xué)成分質(zhì)量 ％ 為 0.05-0.15%C, 24-26%Cr, 19_22%Ni，3_6%Cu，0.2-0.8%Nb,0.10-1.0%N,余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)，將原料熔煉制備成合金并熱加工成材，其熱處理工藝是固溶處理，即在1150°C保溫30min后水淬；得到多種納米析出相復(fù)合強(qiáng)化鉻鎳型奧氏體耐熱鋼；該鋼種經(jīng)1150°C高溫固溶處理后在650-700°C時(shí)效條件下造成納米級(jí)的Nb (C，N)型MX相，NbCrN相和富Cu相共同復(fù)合析出強(qiáng)化。
[0007]復(fù)合強(qiáng)化鉻鎳型奧氏體耐熱鋼的成分特點(diǎn)考慮了如下因素:
鉻=Cr是提高抗氧化腐蝕性能的主要元素，在蒸汽氧化的條件下可以形成富Cr的致密氧化層，保護(hù)材料不被進(jìn)一步氧化，因此應(yīng)保證Cr含量在20%以上；同時(shí)Cr能與C、N元素形成碳化物、氮化物或者碳氮化物，可以在晶內(nèi)析出，起到第二相強(qiáng)化的效果，亦可在晶界析出，起到釘扎晶界的作用，使材料獲得良好的強(qiáng)度。
[0008]鎳:Ni是保證形成奧氏體的重要元素與Cr元素配合以保持高的抗氧化腐蝕性能。
[0009]銅:Cu是在鉻鎳奧氏體鋼中形成納米富Cu相析出強(qiáng)化的一個(gè)非常重要的元素，由于大量富Cu相的彌散分布均勻析出強(qiáng)化而造成優(yōu)異的強(qiáng)化效果。采用18/10鉻鎳Super304H奧氏體鋼中析出富Cu相強(qiáng)化的優(yōu)點(diǎn)而引入25/20高鉻鎳奧氏體鋼中也能產(chǎn)生富Cu相析出強(qiáng)化既是本發(fā)明的一個(gè)特色也是本發(fā)明鋼種的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
[0010]鈮:Nb具有一定的固溶強(qiáng)化作用但主要是與C和N形成穩(wěn)定細(xì)小的納米時(shí)效析出Nb (C，N)即MX相而產(chǎn)生良好的強(qiáng)化效果。Nb (C，N)型MX相時(shí)效析出強(qiáng)化是本發(fā)明鋼種中一種不可缺少的納米級(jí)穩(wěn)定強(qiáng)化相。
[0011]氮:N與碳有類似的作用，是一種間隙原子，如上所述與Nb形成穩(wěn)定細(xì)小的納米析出相Nb (C，N)型MX相。N在本發(fā)明中的又一特點(diǎn)是與Nb和Cr形成NbCrN型另一種納米級(jí)的時(shí)效析出強(qiáng)化相，NbCrN相具有良好的熱穩(wěn)定性，可以提高材料的高溫強(qiáng)度，這也是本發(fā)明組織設(shè)計(jì)中的一個(gè)特點(diǎn)。
[0012]碳:C在這類奧氏體鋼中是一個(gè)重要的強(qiáng)化元素。一方面是穩(wěn)定奧氏體組織，另一方面會(huì)形成Nb (C，N)型納米級(jí)MX相析出強(qiáng)化，本發(fā)明要求C控制在0.05-0.15%范圍內(nèi)。
[0013]本發(fā)明設(shè)計(jì)出一種新型優(yōu)質(zhì)高強(qiáng)抗蝕25/20鉻鎳型奧氏體耐熱鋼。采用三種納米相MX，NbCrN和富Cu相共同析出復(fù)合強(qiáng)化的優(yōu)點(diǎn)，使三種納米析出相MX，NbCrN和富Cu相在時(shí)效時(shí)共同在鉻鎳型奧氏體基體中析出，產(chǎn)生優(yōu)異的多相復(fù)合析出強(qiáng)化的合金組織，可以取得更有效的強(qiáng)化效應(yīng)，達(dá)到了高持久強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)和克服高溫長(zhǎng)期時(shí)效后沖擊韌性顯著降低的缺點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為三種納米析出相MX相，NbCrN相和富Cu相同時(shí)析出的高分辨電鏡照片。【具體實(shí)施方式】
[0015]現(xiàn)將本發(fā)明用實(shí)施例來(lái)作詳細(xì)描述。實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式及過程的一種描述，并不對(duì)本發(fā)明的范圍有任何限制。
[0016]表1對(duì)比例鋼種的化學(xué)成分(質(zhì)量％)
【權(quán)利要求】
1. 用多種納米析出相復(fù)合強(qiáng)化鉻鎳型奧氏體耐熱鋼的方法，其特征在于，化學(xué)成分質(zhì)量 ％ 為 0.05-0.15%C, 24-26%Cr, 18.5_22%Ni，3_6%Cu，0.2-0.8%Nb,0.10-1.0%N,余量為 Fe和不可避免的雜質(zhì)，將原料熔煉制備成合金并熱加工成材，其熱處理工藝是固溶處理，即在1150°C保溫30min后水淬；得到多種納米析出相復(fù)合強(qiáng)化鉻鎳型奧氏體耐熱鋼；該鋼種經(jīng)11501:高溫固溶處理后在650-7001:時(shí)效條件下造成納米級(jí)的恥(C，N)型MX相，NbCrN相和富Cu相共同復(fù)合析出強(qiáng)化。
【文檔編號(hào)】C22C38/48GK103643152SQ201310718590
【公開日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年12月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月24日
【發(fā)明者】謝錫善, 于鴻垚, 遲成宇, 董建新 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)