CN102011066A

CN102011066A - 一种抗蠕变抗氧化的奥氏体不锈钢

Info

Publication number: CN102011066A
Application number: CN 201010586558
Authority: CN
Inventors: 李冬升; 戴起勋; 程晓农
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2010-12-14
Filing date: 2010-12-14
Publication date: 2011-04-13

Abstract

本发明属于耐热奥氏体不锈钢，特指一种抗蠕变抗氧化的奥氏体不锈钢，其特征在于：所述组分按照质量分数计算，C≤0.05％，Si≤0.3％0，Mn10.0~12.0％，P≤0.04％，S≤0.01％，Ni3.5~4.5％，Cr17.50~19.50％，Nb0.25~0.35％，Cu2.5~3.5％，N0.15~0.20％，B0.001~0.01％，其余为Fe。本发明的奥氏体不锈钢的Ni含量比Super304H低5％左右，每吨材料节省镍50公斤，成本会降低1万余元。本发明材料平均抗拉强度为700MPa，延伸率为39％，而Super304规定值为抗拉强度大于550MPa，延伸率大于35％，在保证奥氏体不锈钢组织稳定的前提下，降低成本但不降低材料的蠕变性能和抗氧化性能。

Description

一种抗蠕变抗氧化的奥氏体不锈钢

技术领域

本发明属于耐热奥氏体不锈钢，特指一种抗蠕变抗氧化的奥氏体不锈钢，具有良好的抗蠕变性能，良好的抗高温氧化性能，主要用于火电机组中的传热管、换热器等部件。

背景技术

超（超）临界火电机组的参数决定着火力发电机组的效率，参数越高，机组效率越高。高参数的超（超）临界火电机组不仅可以节约大量的一次能源，还可以大量减少SO_x、NO_x、CO₂的排放，减少对人类生存环境的污染。机组参数的提高，受制于材料的开发与制造，所以研制新型不锈钢材料对提高机组参数具有重要意义。当前超（超）临界火电机组奥氏体不锈钢镍含量较高，如火电机组广泛使用的Super304H奥氏体不锈钢，Ni含量在10％左右，成本居高不下，而用氮和锰复合合金化代替昂贵的镍是一个引人注目的研究，许多研究表明，无镍的Fe-Mn-Cr-N系奥氏体不锈钢有潜力代替传统的Fe-Ni-Cr系不锈钢。火电机组用奥氏体不锈钢经常在氧化性气氛的高温、高压环境中（炉内蒸汽温度不低于593℃或蒸汽压力不低于31MPa被称为超超临界）长期使用，所以要求既要具有高温蠕变强度，又要有良好的抗氧化性能。而良好的抗氧化性能是保证高温蠕变强度和延长使用寿命的前提，因此材料表面抗氧化性是也是此类材料使用寿命和安全可靠性的关键。

发明内容

本发明的目的是提供一种在保证奥氏体不锈钢组织稳定的前提下，降低成本但不降低材料的蠕变性能和抗氧化性能的奥氏体不锈钢。

本发明的材料成分见表1

表1 一种抗蠕变抗氧化的奥氏体不锈钢成分（质量分数/ %）

Figure 2010105865584100002DEST_PATH_IMAGE001

。

本发明降低了C含量，可以降低晶界析出Cr₂₃C₆的可能性，能减小晶界腐蚀敏感性。

加入质量分数为10.0~12.0％的Mn，降低材料成本，稳定奥氏体组织。

加入质量分数为3.5~4.5％的Ni，提高奥氏体组织稳定性。

加入质量分数0.25~0.35％的Nb，Nb和N主要能形成稳定的NbN、Nb（C，N）等第二相，起细化晶粒和沉淀强化的作用。

加入质量分数2.5~3.5％的Cu，Cu元素能形成共格的偏聚相起强化作用，另外可降低钢的冷加工硬化率，改善钢的塑性成形性。

加入质量分数0.15~0.20％的N，可以提高材料的强度，而且不降低材料的塑性。

本发明的奥氏体不锈钢的Ni含量比Super304H低5％左右，每吨材料节省镍50公斤，成本会降低1万余元。

本发明材料平均抗拉强度为700MPa，延伸率为39％，而Super304规定值为抗拉强度大于550MPa，延伸率大于35％。

测试了本发明材料的持久强度，经拟合外推，并和实测的Super304H进行比较，具体结果见表2。

表2 实测数据拟合后的持久强度

Figure 2010105865584100002DEST_PATH_IMAGE002

。

本发明材料在700℃下100 h氧化膜表面完整，氧化膜致密，氧化层表面存在规则的晶体状颗粒，见图1。在700℃和800℃的氧化曲线遵循抛物线氧化规律，根据平均氧化速度的评级标准，在此温度下钢“完全抗氧化”。氧化性能与Super304H相近，见图2。

附图说明

图1本发明材料700℃氧化100h后表面形貌图；

图2本发明材料在在700℃和800℃的氧化动力学曲线图；

图3本发明材料金相组织图。

具体实施方式

本发明采用真空感应熔炼炉（ZG-0.05）熔炼，先将配比好的原料加入炉中熔化和精炼，并根据氮在钢中的溶解特性，控制炉内气氛压力，分别分批加入氮的合金化合物（包括氮化铬、氮化锰等氮化物），加入脱杂原料，在浇注前控制浇注温度，避免钢中气体上浮形成气孔。

本发明冶炼所得奥氏体不锈钢经以下加工和热处理工艺：

热加工：钢锭在1100℃±10℃均匀化处理2小时，开坯并锻成钢板，终锻温度为950℃。钢板尺寸为400mm×200mm×20mm；

热处理：1100℃±5℃固溶处理20分钟，水冷至室温，所得组织为单相奥氏体，见图3。

发明材料的力学性能严格按照国家标准执行，要求抗拉强度大于550MPa，延伸率大于35％。

根据本发明所设定的成分范围，在50公斤真空感应炉内冶炼了5炉奥氏体不锈钢，其具体化学成分见表3所示。并按以上加工和热处理规范进行加工。

表3 真空感应炉冶炼的奥氏体不锈钢化学成分

Figure 2010105865584100002DEST_PATH_IMAGE003

。

所有测试力学性能的试样按轧制方向取样，经以上热处理后测得奥氏体不锈钢的力学性能，其抗拉强度和延伸率均大于Super304H的规定值，实测得持久强度指标也好于Super304H的实测值。从实施结果可以看出，本发明的奥氏图不锈钢的力学性能已经超过Super304H，抗氧化性能已达到Super304H水平。

Claims

1.一种抗蠕变抗氧化的奥氏体不锈钢，其特征在于：所述组分按照质量分数计算，

C≤0.05％，Si≤0.3％0，Mn 10.0~12.0％，P≤0.04％，S≤0.01％，Ni 3.5~4.5％，Cr17.50~19.50％，Nb 0.25~0.35％，Cu 2.5~3.5％，N 0.15~0.20％，B 0.001~0.01％，其余为Fe。

2.如权利要求1所述的一种抗蠕变抗氧化的奥氏体不锈钢，其特征在于：所述奥氏体不锈钢平均抗拉强度为700MPa，延伸率为39％。