專利名稱：一種新型奧氏體耐熱不銹鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于合金鋼領(lǐng)域，特別是一種新型奧氏體耐熱不銹鋼。主要是在高溫和強(qiáng) 氧化、強(qiáng)腐蝕的環(huán)境下能承受較大應(yīng)力的結(jié)構(gòu)件用鋼。
背景技術(shù)：
在航天、艦船、電力、石油化工等領(lǐng)域中，發(fā)動機(jī)、蒸汽鍋爐、蒸汽渦輪、乙烯裂解爐 及制氨轉(zhuǎn)化爐等有關(guān)部件被長期使用在高溫中，這些部件在高溫下承載拉伸、彎曲、扭著、 疲勞和沖擊等各種載荷，同時還與高溫蒸汽、空氣或燃?xì)饨佑|，使表面發(fā)生高溫氧化或氣體 腐蝕。在高溫環(huán)境下工作，鋼和合金將產(chǎn)生原子擴(kuò)散過程，從而引發(fā)金相組織轉(zhuǎn)變，因此這 就要求在該環(huán)境中使用的鋼種必須具有良好的高溫強(qiáng)度及與之相適應(yīng)的塑性，抗高溫氧化 性，同時還要具有足夠高的化學(xué)穩(wěn)定性。隨著技術(shù)的發(fā)展，使得其操作溫度不斷提高，其所 使用部件表面溫度已高達(dá)1100°C，這將對鋼材的性能要求進(jìn)一步提高?，F(xiàn)有技術(shù)中，在該環(huán)境中所使用的鋼種是以HP糸列為主，HP40鋼，雖然具有一定 的抗高溫氧化性能，但其制造成本高，使用壽命短，增加部件消耗，加大了生產(chǎn)成本，降低了 生產(chǎn)效率。具有體心立方結(jié)構(gòu)的鐵素體型耐熱鋼，在600-650°C溫度條件下其蠕變強(qiáng)度會明 顯下降。具有面心立方結(jié)構(gòu)的奧氏體耐熱鋼，雖然在650°C或更高溫度具有較高的高溫強(qiáng) 度，但因其奧氏體耐熱鋼中存在硬而脆的σ相，σ相在合金中形成片狀且數(shù)量達(dá)到2-5% 時，晶界出現(xiàn)偏聚會，引起脆化效應(yīng)，最終導(dǎo)致合金失效，部件損壞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有奧氏體耐熱不銹鋼技術(shù)中的不足，進(jìn)一步提高奧氏體 耐熱不銹鋼的高溫強(qiáng)度，顯著降低脆化效應(yīng)，提供“一種新型奧氏體耐熱不銹鋼”。該奧氏體 耐熱不銹鋼組分設(shè)計合理、制造工藝簡單，在900°C下具有優(yōu)良的高溫強(qiáng)度及與之相適應(yīng)的 塑性，較高的抗高溫氧化性能，耐腐蝕性、抗疲勞、抗蠕變性能和抗沖擊韌性。其抗拉強(qiáng)度可 達(dá)748Mpa，沖擊韌性78J，該鋼在900°C下循環(huán)氧化100小時的氧化增重速度小于0. 005g/ m2,該鋼在900°C下時效2000小時硬度HB為89MPa。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的一種新型奧氏體耐熱 不銹鋼，按重量百分比計算，所含成分如下C 0. 04-0. 08% ； Si 2. 05-2. 80% ；Mn 1. 3-2. 0% ；P ^ 0. 035% ； S ^ 0. 030% ； Cr 23. 5-26. 0% ；Ni 19. 2-22. 0% ；N 0. 08% ；Co 0. 20-1. 50% ；Mo 0. 10-0. 20% ；Xt 0. 01-1. 0% ；余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明一種新型奧氏體耐熱不銹鋼的制備方法，包括如下步驟1)按奧氏體耐熱不銹鋼所含成分的重量百分比計算進(jìn)行原料配制C 0. 04-0. 08% ； Si 2. 05-2. 80% ；Mn 1. 3-2. 0% ；
P ^ 0. 035% ； S ^ 0. 030% ； Cr 23. 5-26. 0% ；Ni 19. 2-22. 0% ；N 0. 08% ；Co 0. 20-1. 50% ；Mo 0. 10-0. 20% ；Xt 0. 01-1. 0% ；余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)；2)將按前述配制的原料裝入感應(yīng)爐中冶煉，精煉期溫度控制在1540°C -1590 精煉時間25-45分鐘；3)電渣精煉，精煉期溫度控制在1540°C -1580°C，熔煉電壓45-50V，熔煉電流2600-3000A ；4)鍛造，鍛造溫度1180°C _950°C，開鍛溫度1180°C ；5)熱軋，熱軋溫度1150°C _900°C，開軋溫度1150°C ；6)退火，退火溫度9500C -10400C，水冷時間1. 5小時;7)多道次進(jìn)行拉拔一退火一拉拔，得到奧氏體耐熱不銹鋼成品。步驟7)中所述的拉拔采用單車進(jìn)行。步驟7)中所述的退火，其退火溫度為950°C -1040°C，退火保溫1小時。步驟2)中所述的配制的原料裝入感應(yīng)爐中冶煉，其裝料順序為碳C-純鐵Fe-金 屬鉻Cr-鎳板Ni-硅Si-錳Mn-鈷Co-鉬Mo，所述稀土 Xt在出爐前5分鐘內(nèi)一次加入鋼液 中充分?jǐn)嚢杈鶆?。本發(fā)明一種新型奧氏體耐熱不銹鋼所設(shè)計成分的原理如下C:非常有效的硬化和固溶強(qiáng)化組元，保證高溫強(qiáng)度。但常常作為裂紋源出現(xiàn)，如含 量過高容易形成脆硬組織而引發(fā)延遲裂紋，其成分重量％限制在0. 04-0. 08% ；Mn:脫氧和脫硫作用，確保抗氧化性的重要元素，其成分重量％限制在 1. 3-2. 0% ；Si 脫氧、提高屈服強(qiáng)度、耐高溫腐蝕性，其成分重量％限制在2. 05-2. 80% ；Ni 鎳能提高鋼的強(qiáng)度，而又保持良好的塑性和韌性。鎳對酸堿有較高的耐腐蝕能 力，在高溫下有防銹和耐熱能力。提高材料韌性，對強(qiáng)度的提高也有貢獻(xiàn)，其成分重量％限 制在 19. 2-22. 0% ；Cr 確?？寡趸?、耐高溫腐蝕性、提高高溫強(qiáng)度不可缺少的元素，含量過低，不能 顯現(xiàn)效果，含量過高，強(qiáng)度和韌性顯著降低，其成分重量％限制在23. 5-26. 0% ；N 在材料中起固溶、發(fā)揮其微細(xì)分散強(qiáng)化作用，可擴(kuò)大和穩(wěn)定奧氏體，N與其他合 金元素形成強(qiáng)化相，增加沉淀強(qiáng)化相的數(shù)量，有利于加強(qiáng)沉淀強(qiáng)化效應(yīng)，該發(fā)明中，N元素的 加入主要起到抑制σ相的作用，其成分重量％限制在0.08% ；S、P:是材料中不可避免的有害雜質(zhì)元素，其含量越低越好，其成分重量％，P: 彡 0. 035%, S 彡 0. 030% ；Co 本發(fā)明中Co的加入可提高原子間的結(jié)合力，減緩擴(kuò)散，起到固溶強(qiáng)化作用，與 Mo結(jié)合其固溶強(qiáng)化效果更好，有效提高強(qiáng)度。其成分重量％限制在0.20% ；Mo:鉬能使鋼的晶粒細(xì)化，顯著提高晶界的結(jié)合力，強(qiáng)化晶界，提高淬透性和熱強(qiáng) 性能，在高溫時保持足夠的強(qiáng)度和抗蠕變能力。本發(fā)明中與硅、鉻結(jié)合，有提高抗腐蝕性和 抗氧化的作用，其成分重量％限制在0. 10% ；Xt 材料中加入稀土，與Cr、Si的復(fù)合作用下具有良好的抗氧化性，稀土是強(qiáng)還原性元素，稀土與硫有很大的親和力，在溶池中不僅具有脫氧作用，還具有明顯脫硫改善硫化 物夾雜的尺寸、形態(tài)和分布作用，減少材料中的夾雜物含量，可以改變夾雜物的組成、形態(tài)、 分布和性質(zhì)，抑制這些夾雜物在晶界中的偏析，從而改善了耐熱鋼的各種性能，本發(fā)明中成 分重量％限制在0.01-1.0%。采用本發(fā)明所設(shè)計制造的新型奧氏體耐熱不銹鋼與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)占.
^ \\\ ·1.成分設(shè)計合理、制造工藝簡單，在900°C下具有優(yōu)良的高溫強(qiáng)度及與之相適應(yīng) 的塑性，較高的抗高溫氧化性能，耐腐蝕性、抗疲勞、抗蠕變性能和抗沖擊韌性。2.因在本耐熱鋼中合理設(shè)計添加了 Co、Mo及N元素，脆化現(xiàn)象降低，有效改善耐 熱鋼的力學(xué)性能，顯著提高高溫強(qiáng)度；3.本發(fā)明其抗拉強(qiáng)度可達(dá)748Mpa，沖擊韌性78，該鋼在900°C下循環(huán)氧化100小 時的氧化增重速度小于0. 005g/m2,該鋼在900°C下時效2000小時硬度HB為89MPa。在 iioo°c高溫下長期工作具有較高強(qiáng)度與耐腐蝕能力，其高溫應(yīng)力強(qiáng)度穩(wěn)定；4.又因加入了微量的稀土元素和采用了特殊的制備工藝，確保耐熱鋼具有優(yōu)良的 耐腐蝕性、抗疲勞、抗蠕變性及可加工性能；5.本耐熱鋼所制作的在高溫和強(qiáng)氧化、強(qiáng)腐蝕的環(huán)境下工作的結(jié)構(gòu)件使用壽命 長，部件消耗小，有效降低生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率，顯著提高經(jīng)濟(jì)效益。
具體實施例方式下面通過非限制性實施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明，理解本發(fā)明。本發(fā)明一種新型奧氏體耐熱不銹鋼制備了三爐實施例，實施例1-3爐奧氏體耐熱 不銹鋼所含成分及含量按重量％計算，祥見如下第一爐C0. 06%, Si 2. 6%, Mn :1· 60%, P :0· 009%, S :0· 002%, Cr :24%, Ni 20%, Co :0. 80%, Mo :0. 10%, N :0. 08%, Xt :0. 05%,余量為 Fe 及不可避免的雜質(zhì)；第二爐C0. 045%, Si :2· 25%, Mn :1· 35%, P :0· 02%, S :0· 01%, Cr :25%, Ni 19. 5%，Co :1. 20%, Mo :0· 15%, N :0. 08%, Xt :0· 07%，余量為 Fe 及不可避免的雜質(zhì)；第三爐=C0. 07%, Si 2. 5%,Mn :1. 80%,P :0. 01%, S :0. 008%, Cr :25. 5%, Ni 21%, Co :1. 0%, Mo :0. 14%, N :0. 08%, Xt :0. 09%，余量為 Fe 及不可避免的雜質(zhì)。上述三爐實施例其制備方法為1).選用純鐵，按照本發(fā)明三爐實施例設(shè)計成分配料；2).感應(yīng)爐冶煉，按其裝料順序進(jìn)行裝料碳C-純鐵Fe-金屬鉻Cr-鎳板Ni-硅 Si-錳Mn-鈷Co-鉬Mo，所述稀土 Xt在出爐前5分鐘內(nèi)一次加入鋼液中充分?jǐn)嚢杈鶆颉＞?煉期溫度控制在1540°C -1590°C，精煉時間35分鐘；3).電渣精煉，精煉期溫度控制在1540°C -1580°C，熔煉電壓45-50V，熔煉電流 2600-3000A ；4).鍛造，鍛造溫度1180°C _950°C，開鍛溫度1180°C ；5).熱軋，熱軋溫度1150°C _900°C，開軋溫度1150°C ；6) ·退火，退火溫度9500C -10400C，水冷時間1. 5小時;7).多道次(拉拔_退火-拉拔)中間退火采用其950°C-104(TC退火，退火保溫1小時，拉拔采用單車慢速(速度10米/分鐘)進(jìn)行，根據(jù)用戶需求，拉拔道次為3道次。以上實施例所設(shè)計、制備的奧氏體耐熱不銹鋼已經(jīng)有關(guān)部門對其成分、綜合力學(xué) 性能進(jìn)行了檢測、試驗，檢測報告如下一.機(jī)械工業(yè)材料質(zhì)量檢測中心材料類別奧氏體耐熱不銹鋼樣品名稱314(本發(fā)明)；樣品特征實物檢測數(shù)據(jù)/結(jié)果C 0. 049%, Si 2. 25 %, Mn 1. 31 %, P 0. 018%, S 0. 006%, Cr 24. 49%, Ni 19. 4%, Co 1. 46%, Mo 0. 18%, Fe 52. 12%二 .本公司質(zhì)量理化計量室材料類別奧氏體耐熱不銹鋼樣品名稱314(本發(fā)明)，實施例1-3爐。1.力學(xué)性能試驗 2.沖擊韌性、硬度 3.氧化增重速度及熔鹽中腐蝕減重速度 測試試驗結(jié)果根據(jù)奧氏體耐熱不銹鋼試制件測定情況分析，上述奧氏體耐熱不 銹鋼314(本發(fā)明)滿足發(fā)動機(jī)、蒸汽鍋爐、蒸汽渦輪、乙烯裂解爐及制氨轉(zhuǎn)化爐等部件的各 項使用要求，產(chǎn)品的制造工藝穩(wěn)定。通過以上的實施例及力學(xué)性能檢測，本發(fā)明所設(shè)計的奧氏體耐熱不銹鋼具有成分 設(shè)計合理、制造工藝穩(wěn)定，具有優(yōu)良的高溫強(qiáng)度及與之相適應(yīng)的塑性，較高的抗高溫氧化性 能，耐腐蝕性、抗疲勞、抗蠕變性能和抗沖擊韌性。在iioo°c高溫下長期工作具有較高強(qiáng)度 與耐腐蝕能力，其高溫應(yīng)力強(qiáng)度穩(wěn)定。確保使用安全可靠。對提高生產(chǎn)效率，有效延長在高 溫和強(qiáng)氧化、強(qiáng)腐蝕的環(huán)境下長期工作的結(jié)構(gòu)件的使用壽命，降低生產(chǎn)成本具有十分重要 的經(jīng)濟(jì)意義。
權(quán)利要求
一種新型奧氏體耐熱不銹鋼，其特征在于，按重量百分比計算，所含成分如下C0.04 0.08％； Si2.05 2.80％；Mn1.3 2.0％；P≤0.035％； S≤0.030％； Cr23.5 26.0％；Ni19.2 22.0％；N0.08％； Co0.20 1.50％；Mo0.10 0.20％；Xt0.01 1.0％；余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
2.一種如權(quán)利要求1所述的一種新型奧氏體耐熱不銹鋼的制備方法，其特征在于包括 如下步驟1)按奧氏體耐熱不銹鋼所含成分的重量百分比計算進(jìn)行原料配制 C 0. 04-0. 08% ； Si 2. 05-2. 80% ；Mn 1. 3-2. 0% ；P ^ 0. 035% ； S ^ 0. 030% ； Cr 23. 5-26. 0% ； Ni 19. 2-22. 0% ；N 0. 08% ；Co 0. 20-1. 50% ；Mo 0. 10-0. 20% ；Xt 0. 01-1. 0% ； 余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)；2)將按前述配制的原料裝入感應(yīng)爐中冶煉，精煉期溫度控制在1540°C-1590°C，精煉 時間25-45分鐘；3)電渣精煉，精煉期溫度控制在1540V -1580 °C，熔煉電壓45-50V，熔煉電流 2600-3000A ；4)鍛造，鍛造溫度1180°C_950°C，開鍛溫度1180°C ；5)熱軋，熱軋溫度1150°C_900°C，開軋溫度1150°C ；6)退火，退火溫度9500C_1040°C，水冷時間1. 5小時；7)多道次進(jìn)行拉拔一退火一拉拔，得到奧氏體耐熱不銹鋼成品。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的的一種新型奧氏體耐熱不銹鋼的制備方法，其特征在于，步 驟7)中所述的拉拔采用單車進(jìn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種新型奧氏體耐熱不銹鋼的制備方法，其特征在于，步驟 7)中所述的退火，其退火溫度為950°C -1040°C，退火保溫1小時。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種新型奧氏體耐熱不銹鋼的制備方法，其特征在于，步驟 2)中所述的配制的原料裝入感應(yīng)爐中冶煉，其裝料順序為碳C-純鐵Fe-金屬鉻Cr-鎳板 Ni-硅Si-錳Mn-鈷Co-鉬Mo，所述稀土 Xt在出爐前5分鐘內(nèi)一次加入鋼液中充分?jǐn)嚢杈?br> 全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型奧氏體耐熱不銹鋼，屬于合金鋼領(lǐng)域。該奧氏體耐熱不銹鋼，按重量百分比計算，所含成分如下C0.04-0.08％；Si2.05-2.80％；Mn1.3-2.0％；P≤0.035％；S≤0.030％；Cr23.5-26.0％；Ni19.2-22.0％；N0.08％；Co0.20-1.50％；Mo0.10-0.20％；Xt0.01-1.0％；余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。其制備方法是原料配制、真空精煉爐冶煉、電渣精煉、鍛造、熱軋、退火、多道次進(jìn)行(拉拔→退火→拉拔)，得到奧氏體耐熱不銹鋼成品。本發(fā)明所設(shè)計的奧氏體耐熱不銹鋼具有成分設(shè)計合理、制造工藝穩(wěn)定，具有優(yōu)良的高溫強(qiáng)度及與之相適應(yīng)的塑性，較高的抗高溫氧化性能，耐腐蝕性、抗疲勞、抗蠕變性能和抗沖擊韌性。
文檔編號C21D8/00GK101921967SQ20101025548
公開日2010年12月22日 申請日期2010年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月12日
發(fā)明者華大鳳, 王樹平 申請人:江蘇新華合金電器有限公司