CN101565798B

CN101565798B - 一种铁素体系耐热钢及其制造方法

Info

Publication number: CN101565798B
Application number: CN2008100364178A
Authority: CN
Inventors: 王起江; 洪杰
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2008-04-22
Filing date: 2008-04-22
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2028-04-22
Also published as: CN101565798A

Abstract

本发明公开一种铁素体系耐热钢，具有质量百分比如下的化学成分：C0.05～0.15；Si 0.1～0.50；Mn 0.1～1.0；Cr11.0～13.0；Mo 0.10～1.0；V 0.10～0.30；Nb 0.01～0.20；W 0.1～3.0；Co 0.5～3.0；Cu 0.1～1.0；B 0.001～0.008；N 0.01～0.11；Al≤0.03；P≤0.030；S≤0.015，余量为Fe和不可避免的杂质；化学成分组成满足关系式Cr+2Mo+W-40C-30N-Co-0.5Cu＜7.5。其制备方法为于加热上限为1200℃进行高温变形处理，总延伸率≥3。本发明获得的钢时效后韧性好、耐热氧化和蒸汽腐蚀性好。

Description

一种铁素体系耐热钢及其制造方法

技术领域

本发明涉及钢铁制造领域，具体涉及一种铁素体系耐热钢。

背景技术

以发电用的锅炉及汽轮机为代表的原子能发电设备、化学工业装置等，往往采用奥氏体系耐热钢或铁素体系耐热钢来制备，以便这些装置能在高温高压环境下长时间使用。而铁素体系耐热钢因为价格便宜、热膨胀率低、耐热疲劳性能好，所以多应用于高温用部件中。

目前铁素体耐热钢主要有T/P91、T/P92、T/P911、T/P122等钢种，所述钢材中T/P91、T/P92、T/P911含有9％Cr，一些使用者认为这样的Cr含量不足以抵抗热氧化和/或超过600℃的蒸汽腐蚀。将铁素体耐热钢中Cr含量提高到12％(如T/P122)对于改进T92/P92钢的耐热氧化性不足是有利的，但是，提高Cr含量的方式可能出现在钢的组织结构中产生大量δ铁素体的问题，而δ铁素体对于钢的韧性和钢的蠕变强度是不利的。

德国Din 17175 X20CrMoV12-1(简写为X20)钢，其含有0.20％C、11％～12％Cr、1％Mo和0.2％V。由于其Cr含量比T91和T92高，与T91或T92钢相比更耐热氧化，但耐蠕变断裂性能与T91/P91钢相比要差很多并且很难对X20钢进行焊接加工，而且X20钢材非常厚时焊接会变得更加难以进行。与含9％Cr的钢种相比，X20钢的Cr含量提高是通过提高C含量(即C含量在0.17％～0.23％之间)和添加适量的Ni(0.3％～0.8％)的方法来实现的。但是，0.20％或者更高的碳含量会导致钢的可焊性降低。

近年来，随着钢应用环境恶劣程度的加深，对于铁素体系耐热钢的使用性能、特别是对于蠕变强度和抗氧化能力的要求更加严格了。目前往往采用提高钢材中Cr含量至10％～13％，从而提高材料抗氧化能力的方法。但是，随着Cr含量的提高在钢组织结构中会出现较大量的δ铁素体，这对于材料的高温蠕变强度和韧性是不利的。

目前，现有技术广泛采用添加奥氏体元素如C、Ni、Co、Cu来抑制钢中δ铁素体的形成。但是，添加C会使材料焊接性能降低；添加Ni会使得Ac1转变点下降，将限制回火温度的提高，而回火温度低虽然对于钢的低温短时间持久强度是有利的，但对于钢的高温长时间持久强度不利；添加Co有利于提高钢的持久强度，但是添加过量的Co，尤其是超过3％的Co会降低12％Cr钢的持久强度；添加适量的Cu对于钢的持久强度影响不大，但添加超过1.0％的Cu会降低材料可加工性。

截止目前，世界各国对于12％Cr铁素体耐热钢申报了很多专利，这些技术通过同时添加Co和Cu来提高材料性能，其化学成分组成见表1。

日本专利申请JP10219403A、JP2002180208、JP2005023378、JP08120414、JP05311345A、JP07062497A和中国专利CN02809922.2公开的钢中添加了Ni，Ni使得Ac1转变点下降，这样会限制回火温度的提高，这对于提高钢的高温长时间持久强度是不利的。

日本专利申请JP05311346A公开的钢中添加了W但不含Mo，但是，同时添加W和Mo会有益于提高钢的持久强度。

日本专利申请JP2002004008公开的钢中虽然提及选择性添加Co，但对于Co的添加没有明确范围，同时亦提及添加≤4.0的Ta。

日本专利申请JP08218154A公开的钢中为了抑制高温铁素体的形成，添加过量的Co，却没有添加Cu，这样不利于提高钢的持久性能，同时钢中亦没有添加B，这也不利于稳定碳化物。

日本专利申请JP08225832A公开的钢中没有添加B，不利于提高钢的持久强度和稳定碳化物。

日本专利申请JP08225833A公开的钢中提出添加Co，但是这种添加是作为一种减少残余奥氏体量的加热处理方法而不是作为钢的一种化学组分；此外，该申请涉及的钢的化学组分范围宽泛且不可能从中得到用途上的教导。

日本专利申请JP05311344A和专利JP09291308A公开的钢中同时添加适量Co和Cu并涉及一种有关Cr、Co、Cu的关系式。对于11％～13％Cr的铁素体耐热钢，为了抑制δ铁素体的形成，添加超过3％的Co和/或超过3％的Cu，不但增加成本，而且会降低钢的持久强度和可加工性。

综上所述，11～13％Cr的铁素体耐热钢制备过程中高温条件下会产生δ铁素体，这对于铁素体耐热钢的耐高温氧化、耐高温蠕变性能和高温持久强度是不利的，不能满足现有对铁素体耐热钢应用环境的要求。现有技术往往通过添加一些奥氏体形成元素如Ni、Co、Cu、C等来抑制δ铁素体产生，但这往往又会导致铁素体耐热钢其他一些性能的降低，而且Co等元素价格昂贵，也会使得钢的制造成本大大增加。

因此，为有效解决上述问题，本发明的目的首先是提供一种铁素体系耐热钢。

此外，本发明还提供上述铁素体系耐热钢的制造方法。

发明内容

为实现本发明目的，发明人提供如下技术方案。

首先，本发明提供一种铁素体系耐热钢，其化学成分质量百分比为C 0.05～0.15；Si 0.1～0.50；Mn 0.1～1.0；Cr 11.0～13.0；Mo 0.10～1.0；V 0.10～0.30；Nb 0.01～0.20；W 0.1～3.0；Co 0.5～3.0；Cu 0.1～1.0；B 0.001～0.008；N 0.01～0.11；Al≤0.030；P≤0.030；S≤0.015，余量为Fe和不可避免的杂质；化学成分组成满足关系式Cr+2Mo+W-40C-30N-Co-0.5Cu＜7.5。

本发明的铁素体系耐热钢中，各组成元素对钢的特性有以下影响：

在高温下，特别是在金属产品的热制过程中或在最终热处理中的奥氏体化过程中，碳元素能稳定奥氏体并且利于减少δ铁素体的形成。同时，碳是以碳化物或碳氮化物的形式存在，它们的分布对材料的性能起作用，C含量小于0.05％将会有大量δ铁素体结构出现，C含量大于0.15％不利于该钢的可焊性。因此，钢材中碳C元素比较合理的范围为0.05～0.15％。

硅元素是使液态钢脱氧并且也能起到限制因空气或蒸汽引起的热氧化作用的动力学元素，本发明人认为硅和铬含量有协同作用。Si含量小于0.1％不足以产生上述的效果，但是，Si为铁素体形成元素，为了避免δ铁素体的形成其含量必须受限制，硅还有促使工作中的脆化相沉积的倾向，因此，其含量上限限于0.5％。因此，钢材中硅Si元素比较合理的范围为0.1～0.5％。

锰元素有能促使脱氧并固定硫的作用，还能减少δ铁素体的形成。然而，当其含量小于0.1％时作用并不明显；当其含量超过1.0％时则会降低钢的耐蠕变断裂性。因此，钢材中锰Mn元素比较合理的范围为0.1～1.0％。

已发现铬元素能同时溶解于钢基体并以碳化物的形式沉积。钢材要具备良好的抗热氧化性能，Cr含量最小应达到11.0％。由于铬元素的铁素体形成特性，其含量若大于13.0％将难以避免δ铁素体的大量出现。因此，钢材中铬Cr元素比较合理的范围为11.0～13.0％。

钨元素能同时溶解和以碳化物与金属间相的形式沉积，这对钢在600℃以上的蠕变性能很重要，因此其最小含量为0.1％。然而这种元素昂贵，且有高偏析和形成铁素体性，并且有形成脆化的金属间相的倾向。因此，W含量超过3.0％是不明智的。因此，钢材中钨W元素比较合理的范围为0.1～3.0％。

钴元素是奥氏体形成元素，具有阻止δ铁素体形成的作用，含量小于0.5％时这种效果并不明显，但钴元素昂贵，含量超过3.0％时也会降低材料的持久强度，同时将大大增加制造成本。因此，钢材中钴Co元素比较合理的范围为0.5～3.0％：

钼元素具有和钨元素相似的作用，但其在蠕变强度方面的效果似乎比钨要差一些。钼Mo元素比较合理的范围为0.1～1.0％。

钒元素能形成非常细和稳定的氮化物和碳氮化物并且其对钢的蠕变断裂强度非常重要。当钒的含量小于0.1％时不足以产生所需结果，但钒的含量大于0.3％会有δ铁素体产生的危险。因此，钢材中钒V元素比较合理的范围为0.1～0.3％。

铌元素像钒元素一样能形成稳定的碳氮化物并且它的添加能增强钒化合物的稳定性。Nb含量小于0.01％时不足以产生所需结果，Nb含量大于0.2％时会产生Nb的碳氮化物变得太大、钢的蠕变性降低等问题。因此，钢材中铌Nb元素比较合理的范围为0.01～0.2％。

氮元素这种奥氏体形成元素可以减少钢材中δ铁素体的出现，并且特别地其还可以形成非常细的氮化物，这种氮化物的稳定性大大高于相应的碳化物的碳氮化物。氮的最小含量应为0.01％，氮含量大于0.11％时，会引起金属锭、坯料或板坯中的砂眼并且导致金属产品出现缺陷。而且，氮的含量大于0.11％对钢材的焊接性能也是不利的。因此，钢材中氮N元素含量比较合理的范围为0.01～0.11％：

当硼元素添加量大于0.001％时，这种元素有助于稳定碳化物。但是，硼元素含量大于0.008％的话会有损于钢材焊接时的耐高温断裂性，因此，钢材中硼B元素的含量比较合理的范围为0.001～0.008％。

适量的铜可以阻止钢材中产生δ铁素体，同时增加钢的淬透性。但铜元素含量超过1.0％会导致钢材的可锻性产生问题。因此，钢材中铜Cu元素比较合理的范围为0.1％～1.0％。

铝元素对生产所需冶金本身不是必须的，并且在钢材中被认为是一种残留物，同时其对钢材的高温蠕变强度是不利的。比较合理的是钢材中铝Al元素含量≤0.03％。

磷元素为包含在钢中的杂质元素，过量含有的话将导致钢材晶界脆化。为此，将其上限限定为0.03％。当然，钢材中磷P的含有量越低越好。

硫元素与上面提及的P元素一样，也是包含在钢中的杂质元素，该元素主要是形成硫化物，硫化物会降低钢的横向冲击特性和可锻性。硫含量小于0.01％的话可以防止无缝管制造过程中热穿孔钢坯时的缺陷形成。应该尽可能降低钢中的硫含量，例如0.005％或者更少。本发明钢中硫S元素含量比较合理的是≤0.015％：

除钢的基本成分铁和上述各组成元素外，本发明的钢仅含有作为杂质的其他元素，和主要来自加入到熔炉以生产钢或者来自与炉渣或耐火材料的交换或者制钢或者浇铸过程所必要的残留物。

本发明钢的化学成分应满足关系式Cr+2Mo+W-40C-30N-Co-0.5Cu＜7.5，且其在冶炼铸锭后，钢锭加工及热处理过程中的加热上限温度为1200℃，使得本发明的钢具有δ铁素体含量小于10％的的组织结构，因为温度太高的话δ铁素体形成的也多。钢的组织结构中δ铁素体晶粒平均等效直径小于20μm。

本发明人还提供上述铁素体系耐热钢的制造方法，该方法包括冶炼铸锭、钢锭加工和热处理等工序，其中，所述的钢锭加工和热处理工序中加热上限温度为1200℃，钢的化学成分组成满足关系式Cr+2Mo+W-40C-30N-Co-0.5Cu＜7.5。

较好地是，本发明所述的制造方法中钢锭加工和热处理工艺为在900～1200℃范围内进行高温变形，总延伸率≥3。

较好地是，本发明所述的制造方法还包括最终热处理工序，其工艺为1050～1090℃之间正火加热处理和750～790℃回火处理。

本发明具有如下有益效果：

本发明的铁素体耐热钢由于含有11～13％的Cr，具有较好的耐氧化性和耐蒸汽腐蚀性。同时，与现有技术相比，不添加Ni，添加0.1～1.0％的Cu和0.5～3.0％的Co，钢的化学成分组成满足关系式Cr+2Mo+W-40C-30N-Co-0.5Cu＜7.5。控制钢在冶炼浇铸后的加热温度上限(即1200℃)和最小总延伸率(即3.0)，使得本发明钢中δ铁素体的含量小于10％且δ铁素体晶粒平均等效直径小于20μm，得到时效(即高温1万小时)后冲击韧性好、耐热氧化性和耐蒸汽腐蚀性能好、600℃以上蠕变强度高的铁素体耐热钢。

附图的简要说明

图1是本发明铁素体系耐热钢板金相照片。

具体实施方式

下面参照实施例，更具体地说明本发明内容。应当理解，下面的实施例用于说明本发明内容而非限定本发明内容，任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明的保护范围。

实施例1

本发明的各实施例与对比例钢的化学成分组成见表2。

在真空下冶炼制得50Kg具有如下质量百分比化学成分的实验室钢水：C0.11；Si 0.38；Mn 0.21；Cr 11.49；Mo 0.55；Co 1.2；W 2.1；Nb 0.05；Cu 0.49；N 0.054；B 0.0032；V 0.21，余量为Fe和不可避免的杂质，钢的化学成分组成满足关系式Cr+2Mo+W-40C-30N-Co-0.5Cu＝7.225。然后浇铸成锭。

将上面所获得的钢锭加热到1190℃后锻造成50mm厚的钢板后空冷，然后加热至1200℃，轧制为厚度为15mm的钢板，总延伸率为3.3。在获得的钢板纵向上取得所需的金相学样品并进行金相侵蚀，然后在光学显微镜下进行检测，测定δ铁素体含量和δ铁素体晶粒平均等效直径。本实施例的δ铁素体含量为6.5％，δ铁素体晶粒平均等效直径为15μm。相关数据结果见表3。

将上述钢板进行1080℃保温20分钟正火处理，790℃保温360分钟回火处理。然后沿钢板纵向取样进行室温冲击试验。沿钢板纵向取样进行650℃140Mpa和650℃100Mpa蠕变实验，650℃10000小时时效后进行0℃冲击试验，试验结果见表4。

从表4中可以看出，本实施例钢的650℃140Mpa持久寿命达到1632小时，650℃100Mpa持久寿命达到10476小时，650℃10000小时时效后冲击韧性达到79J/cm²。

实施例2

本实施例钢中的化学成分质量百分含量为：C 0.12；Si 0.31；Mn 0.22；Cr 11.91；Mo 0.4；Co 2.06；W 1.98；Nb 0.06；Cu 0.5；N 0.042；B 0.001；V 0.21，余量为Fe和不可避免的杂质。

钢的化学成分组成满足关系式Cr+2Mo+W-40C-30N-Co-0.5Cu＝6.32。

钢中的δ铁素体含量为2.0％，δ铁素体晶粒平均等效直径为10μm。

本实施例钢的650℃140Mpa持久寿命达到1687小时，650℃100Mpa持久寿命达到11065小时，650℃10000小时时效后冲击韧性达到77J/cm²。

其他操作同实施例1。

实施例3

本实施例中各化学成分质量百分含量为：C 0.11；Si 0.5；Mn 0.45；Cr 11.56；Mo 0.67；Co 2.77；W 2.06；Nb 0.03；Cu 0.48；N 0.061；B 0.004；V 0.21，余量为Fe和不可避免的杂质。

钢的化学成分组成满足关系式Cr+2Mo+W-40C-30N-Co-0.5Cu＝5.72。

钢的δ铁素体含量为0.0％。

本实施例钢的650℃140Mpa持久寿命达到1698小时，650℃100Mpa持久寿命达到10952小时，650℃10000小时时效后冲击韧性达到74J/cm²。

其他操作同实施例1。

实施例4

本实施例钢中各化学成分质量百分含量为：C 0.05；Si 0.2；Mn 1.0；Cr 11.0；Mo 1.0；Co 0.5；W 0.5；Nb 0.01；Cu 0.66；N 0.11；B 0.006；V 0.1，余量为Fe和不可避免的杂质。

钢的化学成分组成满足关系式Cr+2Mo+W-40C-30N-Co-0.5Cu＝7.37。

钢的δ铁素体含量为8.0％，δ铁素体晶粒平均等效直径为14μm。

本实施例钢的650℃140Mpa持久寿命达到1785小时，650℃100Mpa持久寿命达到9985小时，650℃10000小时时效后冲击韧性达到82J/cm²。

其他操作同实施例1。

实施例5

本实施例钢中各化学成分质量百分含量为：C 0.1；Si 0.22；Mn 0.78；Cr11.9；Mo 0.43；Co 2.45；W 1.78；Nb 0.05；Cu 0.1；N 0.078；B 0.004；V0.25，余量为Fe和不可避免的杂质。

钢的化学成分组成满足关系式Cr+2Mo+W-40C-30N-Co-0.5Cu＝5.7。

钢的δ铁素体含量为0.0％。

本实施例钢的650℃140Mpa持久寿命达到1629小时，650℃100Mpa持久寿命达到9574小时，650℃10000小时时效后冲击韧性达到88J/cm²。

其他操作同实施例1。

实施例6

本实施例钢中各化学成分质量百分含量为：C 0.11；Si 0.31；Mn 0.35；Cr 13.0；Mo 0.78；Co 3.0；W 1.99；Nb 0.05；Cu 1.0；N 0.059；B 0.008；V 0.3，余量为Fe和不可避免的杂质。

钢的化学成分组成满足关系式Cr+2Mo+W-40C-30N-Co-0.5Cu＝6.88。

钢的δ铁素体含量为3.0％，δ铁素体晶粒平均等效直径为12μm。

本实施例钢的650℃140Mpa持久寿命达到1926小时，650℃100Mpa持久寿命达到11768小时，650℃10000小时时效后冲击韧性达到79J/cm²。

其他操作同实施例1。

实施例7

本实施例钢中各化学成分质量百分含量为：C 0.15；Si 0.33；Mn 0.1；Cr12.54；Mo 0.5；Co 2.6；W 3.0；Nb 0.1；Cu 0.7；N 0.01；B 0.0025；V 0.24，余量为Fe和不可避免的杂质。

钢的化学成分组成满足关系式Cr+2Mo+W-40C-30N-Co-0.5Cu＝7.29。

钢的δ铁素体含量为6.0％，δ铁素体晶粒平均等效直径为17μm。

本实施例钢的650℃140Mpa持久寿命达到1828小时，650℃100Mpa持久寿命达到10483小时，650℃10000小时时效后冲击韧性达到75J/cm²。

其他操作同实施例1。

实施例8

本实施例钢中各化学成分质量百分含量为：C 0.11；Si 0.34；Mn 0.32；Cr 11.68；Mo 0.54；Co 1.79；W 2.1；Nb 0.07；Cu 0.49；N 0.053；B 0.0019；V 0.22，余量为Fe和不可避免的杂质。

钢的化学成分组成满足关系式Cr+2Mo+W-40C-30N-Co-0.5Cu＝6.835。

钢的δ铁素体含量为5.0％，δ铁素体晶粒平均等效直径为18μm。

本实施例钢的650℃140Mpa持久寿命达到1936小时，650℃100Mpa持久寿命达到9810小时，650℃10000小时时效后冲击韧性达到91J/cm²。

其他操作同实施例1。

对比例1

本对比例钢中各化学成分质量百分含量为：C 0.18；Si 0.35；Mn 0.46；Cr 14.5；Mo 0.69；Co 4.14；W 1.88；Nb 0.05；N 0.061；B 0.0032；V 0.25，余量为Fe和不可避免的杂质。

钢的化学成分组成满足关系式Cr+2Mo+W-40C-30N-Co-0.5Cu＝4.59。

钢的δ铁素体含量为0.0％。

本对比例钢的650℃140Mpa持久寿命达到328小时，650℃100Mpa持久寿命达到3780小时，650℃10000小时时效后冲击韧性达到16J/cm²。

其他操作同实施例1。

对比例2

本对比例钢中各化学成分质量百分含量为：C 0.1；Si 0.21；Mn 0.65；Cr12.45；Mo 0.79；W 2.01；Nb 0.04；Cu 2.59；N 0.055；B 0.0035；V 0.21，余量为Fe和不可避免的杂质。

钢的化学成分组成满足关系式Cr+2Mo+W-40C-30N-Co-0.5Cu＝9.095。

钢的δ铁素体含量为25.0％，δ铁素体晶粒平均等效直径为29μm。

本对比例钢的650℃140Mpa持久寿命达到598小时，650℃100Mpa持久寿命达到3843小时，650℃10000小时时效后冲击韧性达到21J/cm²。

其他操作同实施例1。

对比例3

本对比例钢中各化学成分质量百分含量为：C 0.11；Si 0.24；Mn 0.49；Cr 11.85；Mo 0.46；Co 1.25；W 2.15；Nb 0.04；Cu 0.51；N 0.041；B 0.0031；V 0.22；Ni 1.3，余量为Fe和不可避免的杂质。

钢的化学成分组成满足关系式Cr+2Mo+W-40C-30N-Co-0.5Cu＝7.835。

钢的δ铁素体含量为0.0％。由于该对比例含有1.3％的Ni，所以不含有δ铁素体。

本对比例钢的650℃140Mpa持久寿命达到1447小时，650℃100Mpa持久寿命达到6438小时，650℃10000小时时效后冲击韧性达到41J/cm²。

其他操作同实施例1。

对比例4

本对比例钢中各化学成分质量百分含量为：C 0.11；Si 0.44；Mn 0.35；Cr 12.6；Mo 0.76；Co 2.1；W 3.5；Nb 0.06；Cu 0.59；N 0.067；B 0.0033；V 0.26，余量为Fe和不可避免的杂质。

钢的化学成分组成满足关系式Cr+2Mo+W-40C-30N-Co-0.5Cu＝8.815。

钢的δ铁素体含量为21.0％，δ铁素体晶粒平均等效直径为30μm。

本对比例钢的650℃140Mpa持久寿命达到889小时，650℃100Mpa持久寿命达到4843小时，650℃10000小时时效后冲击韧性达到19J/cm²。

其他操作同实施例1。

对比例5

本对比例钢中各化学成分质量百分含量为：C 0.09；Si 0.32；Mn 0.57；Cr 11.98；Mo 0.51；Co 2.22；W 1.9；Nb 0.05；Cu 0.45；N 0.049；B 0.0025；V 0.19，余量为Fe和不可避免的杂质。

钢的化学成分组成满足关系式Cr+2Mo+W-40C-30N-Co-0.5Cu＝7.385。

将获得的钢锭加热到1190℃，锻造成50mm厚的钢板，空冷后加热至1250℃，轧制为厚度为15mm的钢板，总延伸率为3.3。

钢的δ铁素体含量为18.0％，δ铁素体晶粒平均等效直径为32μm。

本对比例钢的650℃140Mpa持久寿命达到765小时，650℃100Mpa持久寿命达到4421小时，650℃10000小时时效后冲击韧性达到33J/cm²。

其他操作同实施例1。

对比例6

本对比例钢中各化学成分质量百分含量为：C 0.1；Si 0.2；Mn 0.5；Cr 11.2；Mo 0.4；Co 1.4；W 1.9；Nb 0.05；Cu 0.8；N 0.05；B 0.0021；V 0.22，余量为Fe和不可避免的杂质。

钢的化学成分组成满足关系式Cr+2Mo+W-40C-30N-Co-0.5Cu＝6.6。

将获得的钢锭加热到1190℃后锻造成50mm厚的钢板后空冷，然后加热至1200℃，轧制为厚度为25mm的钢板，总延伸率为2.0。

钢的δ铁素体含量为5.0％，δ铁素体晶粒平均等效直径为29μm。

本对比例钢的650℃140Mpa持久寿命达到698小时，650℃100Mpa持久寿命达到5876小时，650℃10000小时时效后冲击韧性达到37J/cm²。

其他操作同实施例1。

对比例7

本对比例钢中各化学成分质量百分含量为：C 0.1；Si 0.4；Mn 0.66；Cr11.56；Mo 0.88；Co 2.25；W 2.05；Nb 0.04；Cu 0.6；N 0.049；B 0.0029；V 0.22，余量为Fe和不可避免的杂质。

钢的化学成分组成满足关系式Cr+2Mo+W-40C-30N-Co-0.5Cu＝7.35。

钢的δ铁素体含量为8.0％，δ铁素体晶粒平均等效直径为28μm。

本对比例钢的650℃140Mpa持久寿命达到576小时，650℃100Mpa持久寿命达到6103小时，650℃10000小时时效后冲击韧性达到24J/cm²。

其他操作同实施例1。

表2 本发明各实施例与对比例钢的化学成分组成(Wt.％)

表3 本发明各实施例与对比例一些相关数据

注1：由于该对比例含有1.3％Ni，不含有δ铁素体。

表4 本发明各实施例与对比例的试验结果数据

Claims

1.一种铁素体系耐热钢，具有质量百分比如下化学成分：C0.05～0.15；Si 0.1～0.50；Mn 0.1～1.0；Cr 11.0～13.0；Mo0.10～1.0；V 0.10～0.30；Nb 0.01～0.20；W 0.1～3.0；Co 0.5～3.0；Cu0.1～1.0；B 0.001～0.008；N 0.01～0.11；Al≤0.030；P≤0.030；S≤0.015，余量为Fe和不可避免的杂质；所述化学成分组成满足关系式Cr+2Mo+W-40C-30N-Co-0.5Cu＜7.5；所述耐热钢具有δ铁素体含量小于10％的组织结构；所述组织结构中δ铁素体晶粒平均等效直径小于20μm。

2.权利要求1所述耐热钢的制造方法，包括冶炼铸锭、钢锭加工和热处理工序，其特征在于，所述钢锭加工和热处理工序中加热上限温度为1200℃，在900～1200℃之间进行高温变形，总延伸率≥3。

3.如权利要求2所述的制造方法，其特征在于，所述方法还包括最终热处理工序。

4.如权利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述最终热处理工序为1050～1090℃之间正火加热处理和750～790℃回火处理。