一種高Cr鐵素體耐熱鋼及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鐵素體耐熱鋼技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種高Cr鐵素體耐熱鋼及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]節(jié)省能源、提高燃煤使用率以及減少二氧化碳的排放量是當(dāng)代熱電廠發(fā)展的主要方向，通過發(fā)展超超臨界(USC)火電機(jī)組并提高汽輪機(jī)的蒸汽參數(shù)(蒸汽溫度和壓力)是解決以上問題最有效的途徑。在近十年里，蒸汽參數(shù)從530°c /18MPa提高到600°C /30MPa，發(fā)電效率從30%~35%提高到42%~47%，同時CO2排放量減少了 30%，給全球帶來非?？捎^的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益。然而，蒸汽參數(shù)的提高對耐熱鋼的高溫性能提出了更高的要求，除了要求耐熱鋼具有足夠好的抗高溫氧化能力外，更重要的是要求其具有更高的高溫抗蠕變強(qiáng)度或持久強(qiáng)度。
[0003]如今，超超臨界火電機(jī)組的高溫部件采用的是一系列9~12Cr型(鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9°/『12%)的高鉻鐵素體系耐熱鋼。這類鐵素體耐熱鋼經(jīng)正火+回火熱處理后，供貨態(tài)組織為具有高密度位錯的板條馬氏體以及M23C6 (Cr23C6)和MX[ (V，Nb) (C，N)]析出相。由于M23C6和MX的析出強(qiáng)化、固溶原子強(qiáng)化和高密度位錯強(qiáng)化，使得該系列鋼從服役開始就有較好的強(qiáng)度。但長期服役時，M23CjP Laves相不斷粗化，降低固溶強(qiáng)化作用的同時還會形成蠕變空洞；Z相在蠕變后期的析出與長大又極大地削弱了 MX相的彌散強(qiáng)化作用，且進(jìn)一步加大了婦變空洞出現(xiàn)的概率，Z相對婦變性能降低所起的作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于M23C6相和Laves相的粗化。因此，高Cr鐵素體耐熱鋼在高溫下長時間運行時，抗蠕變強(qiáng)度會顯著降低，很容易發(fā)生蠕變斷裂導(dǎo)致失效，從而影響設(shè)備運行的安全性。現(xiàn)有9~12Cr型鐵素體耐熱鋼的使用溫度不能高于620°C。要使鐵素體耐熱鋼用于溫度高于620°C的環(huán)境，則其在高于620°C條件下的100000小時持久強(qiáng)度必須達(dá)到lOOMPa。而現(xiàn)有9~12Cr型鐵素體耐熱鋼在溫度高于620°C的環(huán)境中的100000小時持久強(qiáng)度不能滿足這個要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，目的是提供一種高Cr鐵素體耐熱鋼及其制備方法，所制備的高Cr鐵素體耐熱鋼能用于工作溫度為650°C的結(jié)構(gòu)用鋼和零部件用鋼，特別是用于制造工作溫度為650°C的超超臨界蒸汽輪機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、高溫化工設(shè)備和核動力設(shè)備。
[0005]為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:所述的高Cr鐵素體耐熱鋼的化學(xué)成分及其含量是:Cr 為 8.5-9.5wt% ；Co 為 2.5-3.5wt% ；ff+Mo 為 2.8-3.3wt%，其中 W 為 1.5-2.5wt%, Mo 為 0.5-1.5wt% ；V 為 0.15-0.25wt% ；Nb 為 0.05-0.lwt% ；C 為0.001-0.01wt% ；N 為 0.01-0.05wt% ；B 為 0.003-0.01wt% ;余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。
[0006]按所述的高Cr鐵素體耐熱鋼的化學(xué)成分及其含量進(jìn)行配料，在真空感應(yīng)爐中熔煉，澆鑄成鋼錠，熱軋成板材；再在1050~1100°C條件下正火0.8-1.2小時，然后在760~800°C條件下回火0.8-1.2小時，隨爐冷卻，制得高Cr鐵素體耐熱鋼。
[0007]由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點:
本發(fā)明制備的高Cr鐵素體耐熱鋼碳含量低，抑制TM23C6在回火過程中的析出，對高溫持久強(qiáng)度有利；本發(fā)明制備的高Cr鐵素體耐熱鋼氮含量適當(dāng)，不僅形成細(xì)小而穩(wěn)定的VN和NbN的強(qiáng)化相，且杜絕了 Z相在服役后期的析出與長大，避免了 MX相的過度消耗而產(chǎn)生的彌散強(qiáng)化作用的削弱，降低蠕變空洞形成的概率，有效地抑制了長期高溫持久強(qiáng)度的降低；本發(fā)明制備的高Cr鐵素體耐熱鋼鉬含量為0.8-1.5wt%，W含量為1.5-2.2wt%,同時要求W+Mo的總量為2.8-3.2wt%，充分發(fā)揮了 W、Mo的復(fù)合固溶強(qiáng)化及Laves相的析出強(qiáng)化作用。
[0008]本發(fā)明制備的高Cr鐵素體耐熱鋼在650°C條件下的100000小時持久強(qiáng)度大于10MPa,顯著高于現(xiàn)有最強(qiáng)的9-12Cr鐵素體耐熱鋼(即P92鋼)在同樣條件下的持久強(qiáng)度(53MPa)0
[0009]因此，本發(fā)明適用于工作溫度為650°C的結(jié)構(gòu)用鋼和零部件用鋼，特別適用于制造工作溫度為650°C的超超臨界蒸汽輪機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、高溫化工設(shè)備和核動力設(shè)備。
【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明制備的一種高Cr鐵素體耐熱鋼原樣萃取析出物的XRD線譜；
圖2為圖1所示高Cr鐵素體耐熱鋼蠕變5787.1h斷裂后試樣萃取析出物的XRD線譜； 圖3為圖1所示高Cr鐵素體耐熱鋼與P92鋼的應(yīng)力一Larson-MiIIer對比圖。
【具體實施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，并非對其保護(hù)范圍的限制。
[0012]實施例1
一種高Cr鐵素體耐熱鋼及其制備方法。所述高Cr鐵素體耐熱鋼的化學(xué)成分及其含量是:Cr 為 8.5-9.0wt% ;Co 為 2.5-3.0wt% ；ff+Mo 為 3.0-3.3wt%,其中 W 為 2.0-2.5wt%,Mo 為 0.5-1.0wt% ；V 為 0.15-0.2wt% ；Nb 為 0.05-0.08wt% ；C 為 0.001-0.006wt% ；N 為
0.03-0.05wt% ；B為0.003-0.007wt% ;余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。
[0013]按所述的高Cr鐵素體耐熱鋼的化學(xué)成分及其含量進(jìn)行配料，在真空感應(yīng)爐中熔煉，澆鑄成鋼錠，熱軋成板材；再在1050~1080°C條件下正火0.8~1.0小時，然后在760~780°C條件下回火0.8-1.0小時，隨爐冷卻，制得高Cr鐵素體耐熱鋼。
[0014]實施例2
一種高Cr鐵素體耐熱鋼及其制備方法。所述高Cr鐵素體耐熱鋼的化學(xué)成分及其含量是:Cr 為 9.0-9.5wt% ;Co 為 3.0-3.5wt% ；ff+Mo 為 2.8-3.0wt%,其中 W 為 1.5-2.0wt%,Mo 為 1.0~1.5wt% ；V 為 0.2-0.25wt% ；Nb 為 0.08-0.lwt% ;C 為 0.006-0.01wt% ；N 為
0.01-0.03wt% ；B為0.007-0.01wt% ;余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。
[0015]按所述的高Cr鐵素體耐熱鋼的化學(xué)成分及其含量進(jìn)行配料，在真空感應(yīng)爐中熔煉，澆鑄成鋼錠，熱軋成板材；再在1080~1100°C條件下正火1.0~1.2小時，然后在780~800°C條件下回火1.0-1.2小時，隨爐冷卻，制得高Cr鐵素體耐熱鋼。
[0016]實施例3
一種高Cr鐵素體耐熱鋼及其制備方法。所述高Cr鐵素體耐熱鋼的化學(xué)成分及其含量是:Cr 為 8.8-9.2wt% ;Co 為 2.7-3.2wt% ；ff+Mo 為 2.9-3.2wt%,其中 W 為 1.8-2.3wt%,Mo 為 0.8-1.3wt% ；V 為 0.18-0.23wt% ；Nb 為 0.06-0.08wt% ；C 為 0.003-0.007wt% ；N 為
0.02-0.04wt% ；B為0.005-0.008wt% ;余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。
[0017]按所述的高Cr鐵素體耐熱鋼的化學(xué)成分及其含量進(jìn)行配料，在真空感應(yīng)爐中熔煉，澆鑄成鋼錠，熱軋成板材；再在1060~1090°C條件下正火0.9-1.1小時，然后在770~790°C條件下回火0.9-1.1小時，隨爐冷卻，制得高Cr鐵素體耐熱鋼。
[0018]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點:
圖1為實施例1制備的一種高Cr鐵素體耐熱鋼原樣萃取析出物的XRD線譜。從圖1中可以看出，沒有M23Cjg，說明實施例1制備的這種高Cr鐵素體耐熱鋼碳含量低，抑制了M23C6在回火過程中的析出，對高溫持久強(qiáng)度有利；
圖2為圖1所示的鐵素體耐熱鋼在650°C /190MPa條件下蠕變測試5787.1h斷裂后試樣萃取析出物的XRD線譜。從圖1和圖2綜合來看，在回火過程中析出了 MX相，蠕變過程中析出了 Laves相且在蠕變后期沒有Z相析出。由此看來，實施例1制備的這種高Cr鐵素體耐熱鋼氮含量適當(dāng)，不僅形成細(xì)小而穩(wěn)定的VN和NbN的強(qiáng)化相，且杜絕了 Z相在服役后期的析出與長大，避免了 MX相的過度消耗而產(chǎn)生的彌散強(qiáng)化作用的削弱，降低了蠕變空洞形成的概率，有效地抑制了長期高溫持久強(qiáng)度的降低。
[0019]本【具體實施方式】制備的高Cr鐵素體耐熱鋼鉬含量為0.8-1.5wt%，W含量為
1.5-2.2wt%,同時要求W+Mo的總量為2.8-3.2wt%,充分發(fā)揮了 W、Mo的復(fù)合固溶強(qiáng)化及Laves相的析出強(qiáng)化作用。
[0020]圖3為圖1所示的一種高Cr鐵素體耐熱鋼與P92鋼的應(yīng)力一Larson-Miller參數(shù)關(guān)系對比圖。從圖3可以看出，本發(fā)明制備的高Cr鐵素體耐熱鋼在650°C條件下的100000小時持久強(qiáng)度大于lOOMPa，顯著高于現(xiàn)有最強(qiáng)的9-12Cr鐵素體耐熱鋼(即P92鋼)在同樣條件下的持久強(qiáng)度(53MPa)。
[0021]因此，本發(fā)明適用于工作溫度為650°C的結(jié)構(gòu)用鋼和零部件用鋼，特別適用于制造工作溫度為650°C的超超臨界蒸汽輪機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、高溫化工設(shè)備和核動力設(shè)備。
【主權(quán)項】
1.一種高Cr鐵素體耐熱鋼，其特征在于所述高Cr鐵素體耐熱鋼的化學(xué)成分及其含量是:Cr 為 8.5-9.5wt% ;Co 為 2.5-3.5wt% ；ff+Mo 為 2.8-3.3wt%,其中 W 為 1.5-2.5wt%,Mo 為 0.5-1.5wt% ；V 為 0.15-0.25wt% ；Nb 為 0.05-0.lwt% ；C 為 0.001-0.01wt% ；N 為0.01-0.05wt% ；B為0.003-0.01wt% ;余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的高Cr鐵素體耐熱鋼的制備方法，其特征在于按所述高Cr鐵素體耐熱鋼的化學(xué)成分及其含量進(jìn)行配料，在真空感應(yīng)爐中熔煉，澆鑄成鋼錠，熱軋成板材；再在1050~1100°C條件下正火0.8-1.2小時，然后在760~800°C條件下回火0.8-1.2小時，隨爐冷卻，制得高Cr鐵素體耐熱鋼。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高Cr鐵素體耐熱鋼及其制備方法。其技術(shù)方案是：所述高Cr鐵素體耐熱鋼的化學(xué)成分及其含量是：Cr為8.5~9.5wt%；Co為2.5~3.5wt%；W+Mo為2.8~3.3wt%，其中W為1.5~2.5wt%，Mo為0.5~1.5wt%；V為0.15~0.25wt%；Nb為0.05~0.1wt%；C為0.001~0.01wt%；N為0.01~0.05wt%；B為0.003~0.01wt%；余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。按所述高Cr鐵素體耐熱鋼的化學(xué)成分及其含量進(jìn)行配料，真空感應(yīng)爐中熔煉，澆鑄成鋼錠，熱軋成板材；再在1050~1100℃正火0.8~1.2小時，然后在760~800℃回火0.8~1.2小時，隨爐冷卻，制得高Cr鐵素體耐熱鋼。其制品的持久強(qiáng)度顯著高于現(xiàn)有9-12Cr鐵素體耐熱鋼，適用于工作溫度為650℃的結(jié)構(gòu)和零部件用鋼。
【IPC分類】C22C38-32, C21D8-02
【公開號】CN104726779
【申請?zhí)枴緾N201510190201
【發(fā)明人】向志東, 楊蜜, 宋新莉, 賈涓, 朱上
【申請人】武漢科技大學(xué)
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年4月21日