CN102137948B - 在提高的使用温度下具有优异蠕变强度和耐氧化性的铁素体钢的合金钢 - Google Patents
在提高的使用温度下具有优异蠕变强度和耐氧化性的铁素体钢的合金钢 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102137948B CN102137948B CN200980128791.3A CN200980128791A CN102137948B CN 102137948 B CN102137948 B CN 102137948B CN 200980128791 A CN200980128791 A CN 200980128791A CN 102137948 B CN102137948 B CN 102137948B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- steel
- maximum
- alloy
- content
- steel alloy
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 32
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 32
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 21
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 title description 6
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 title description 6
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 3
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 32
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 19
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims description 15
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 9
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 claims description 5
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N ferric oxide Chemical compound O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910001315 Tool steel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 6
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 3
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 abstract 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 28
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 14
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 11
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 9
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 4
- 229910000943 NiAl Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910015372 FeAl Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000001995 intermetallic alloy Substances 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002515 CoAl Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002060 Fe-Cr-Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- NPXOKRUENSOPAO-UHFFFAOYSA-N Raney nickel Chemical compound [Al].[Ni] NPXOKRUENSOPAO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000037656 Respiratory Sounds Diseases 0.000 description 1
- 208000034189 Sclerosis Diseases 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000963 austenitic stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 238000009750 centrifugal casting Methods 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 239000011362 coarse particle Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000005098 hot rolling Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000953 kanthal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000011218 segmentation Effects 0.000 description 1
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/06—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/52—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with cobalt
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
- Y10T428/12014—All metal or with adjacent metals having metal particles
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
- Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
Abstract
本发明涉及一种在使用温度下,特别是在≤750℃的使用温度下具有优异蠕变强度和耐腐蚀性的铁素体钢的合金钢,包含下列化学成分(重量%):C≤1.0%;Si≤1.0%;Mn≤1.0%;P最大0.05%;S最大0.01%;2≤Al≤12%;3≤Cr<16%;2≤Ni≤10%和/或2≤CO≤10%,其中2≤Ni+Co≤[%Cr]+2.07×[%Al]≥0.95×([%Ni]+[%Co]);N最大0.0200%;余量为铁以及与熔炼有关的杂质,包括V、Ti、Ta、Zr和Nb中一种或多种元素;包括元素Mo和W中的一种或两种;包括Hf、B、Se、Y、Te、Sb、La和Zr一种或多种元素,总含量在<0.1%的范围内,条件是钢组织含有基于铬稳定(Ni,Co)Al-B2金属间有序相的均匀分布的共格析出物。
Description
说明书
本发明涉及一种按权利要求1所述的合金钢,其在提高的使用温度下是具有优异蠕变强度和耐氧化性的铁素体钢。
本发明更特别地涉及这种合金钢的无缝管或焊接管,这种钢管例如用作在超过620℃到约750℃温度范围内的加热器或发电厂锅炉中的换热器管。
例如,在发电厂中使用的具有高蠕变强度和耐腐蚀性的高温材料通常要么基于铁素体、铁素体/马氏体或奥氏体的铁基合金,要么基于镍基合金。换热器管的较低温阶段中的特殊要求特别与低的热膨胀相关。
不能使用奥氏体材料,因为其热膨胀在所述的温度范围内过高。在提高的温度下,迄今为止可获得的铁素体/马氏体材料也不能用于锅炉内,因为其蠕变强度和耐热性与不足耐腐蚀性的结合不再满足需要。
镍含量大于50重量%的镍基合金呈现出耐腐蚀和耐热性性能的足够组合。这些钢由此极其昂贵,且加工成无缝管还存在问题。
迄今为止,由对热膨胀要求低的奥氏体钢制成的管用作发电厂锅炉中的部件。这里的缺点是合金化成本高(Ni高达30%)、可加工性差和导热能力低。
富铬的铁素体钢与奥氏体不锈钢相比明显更加廉价,同时还具有更高的导热系数和更低的热膨胀系数。此外,富铬的铁素体钢还具有高耐氧化性,这对于例如与加热器或锅炉中的热蒸汽一起使用是有利的。
但如果以涂层(氧化皮或氧化层)形成构成氧化物膜,那么这些氧化物膜在锅炉温度和/或锅炉压力变化时会脱离,且固定在钢管内并将其堵塞。
因此,除了所要求的蠕变强度和耐热性外,抑制蒸汽氧化成为所要紧迫解决的问题之一。
为提高发电厂中能量产生的效率,将锅炉内的蒸汽温度提高到高于620℃并也提高蒸汽压力的要求日益增长。
市场上因此需要用于管或管道的铁素体铁基合金,所述合金在高于620℃ 的更高使用温度下也显示出所需的蠕变强度和耐腐蚀性。例如,在该温度下对于100MPa负荷暴露应达到105小时的蠕变强度而无开裂。
对于高达约620℃和650℃的使用温度可供使用的钢分别是Cr含量例如为8-15%的铁素体/马氏体钢。
相应的钢公开于例如文献DE 199 41 411 A1、DE 692 04 123 T2、US2006/0060270 A1、DE 601 10 861 T2和DE 696 08 744 T2。其中所公开的合金化概念大多涉及昂贵的合金化添加剂或还不适合在高于620℃的温度范围内使用。
为提高蠕变强度而基于非共格的MX或M2X析出物的概念(DE 199 41 411 A1、DE 601 10 861 T2、US 2006/0060270 A1)具有多个缺点。
所述的析出相不能以足够的体积份数制得,因为金属(例如Ti、Nb或V)以及非金属成分(C或N)含量的提高不仅提高相份数,而且还提高了相的固溶温度。由此析出物的产生温度高于合理的热处理温度,且还部分高于合金的固相线温度。
因为产生析出物的温度与其尺寸直接相关,所以要么获得相当低体积份数的有效增强颗粒(<1%),要么获得对蠕变强度无效的高体积份数的粗颗粒(>1μm)。MX和M2X颗粒优选在晶粒内部析出。可期待,在>630℃的使用温度下,晶界蠕变的影响与由位错引起的蠕变相比得到提高。
因此,晶界处增强相的贫乏要求特别重要的评价。
此外,非共格析出物比共格析出物更倾向于变得更粗,因为一方面界面能量作为使界面最小化的驱动力高于对于共格颗粒的,而另一方面容易扩散的元素如C和N是这些颗粒的成分。
为提高铁素体或马氏体钢的蠕变强度而使用金属间相的其它常规合金化方案(DE 698 08 744 T2)基于昂贵的合金化材料。
为调节金属间相与结构L10或L12的足够高的体积分数,需要极其昂贵且迄今仅以少量可使用的合金化元素Pt和Pd的份数为1重量%。
WO 03/029505中所公开的合金是对名为Kanthal的FeCrAl合金的改善,其例如用于高于1000℃温度下工作的加热元件。这些合金具有高的铬和铝含量,以有效地将电能转变成热。
高铬和铝含量的组合导致具有高于16%铬含量和高于4%铝含量的合金甚至 在高于750℃的温度下仍完全为铁素体。这些钢不适用于发电厂用途;此外,高于16%的铬含量在轧制无缝管时在典型的加工温度(900-1200℃)下使变形能力变差。这种变差的变形特征在轧制期间会导致裂纹形成。由此,这些合金不适合制造管或金属片。
US 6332936B1仅记载了将由粉末冶金产生的金属间化合物合金用于制造基于Fe-Al系统的金属片并含有金属间相Fe3Al、Fe2Al5、FeAl3、FeAl、FeAlC、Fe3AlC和这些相的组合。其中不含无序相例如铁素体。所述的FeAl-B2相在这些文献中仅作为基体使用。这种金属间化合物合金的粉末冶金制造不适合大规模制造管和金属片。
本发明的目的在于,提供一种用于在使用温度下为铁素体的成本有效的钢用合金钢,其在高达约750℃的使用温度下也可靠满足蠕变强度和耐氧化性的所述要求。
另一目的在于,提供一种由这种合金钢制造的工件,例如热轧无缝管或焊管、金属片、铸造工件或工具钢。
采用权利要求1的特征实现主要目的。有利的实施方案记载在从属权利要求中。在权利要求7中提供了依据本发明的工件。
按照本发明的教导,提出一种具有下列化学组成(以重量%计)的合金钢:
C≤1.0%
Si≤1.0%
Mn≤1.0%
P最大0.05%
S最大0.01%
2≤Al≤12%
2≤Cr<16%
2≤Ni≤10%和/或
2≤Co≤10%
而
2≤Ni+Co≤15%且
0.11×[%Cr]+2.07×[%Al]≥0.95×([%Ni]+[%Co])
N最大0.0200%
余量的铁以及与熔炼相关的杂质,
-具有任选添加的V、Ti、Ta、Zr和Nb中一种或多种元素,
-具有任选添加的Mo和W中的一种或两种元素,
-具有任选添加的Hf、B、Se、Y、Te、Sb、La和Zr中的一种或多种元素,其总含量在<0.1%的范围内,
条件是钢组织含有基于铬稳定(Ni、Co)Al-B2金属间有序相的均匀分布的共格析出物。
依据本发明的合金化概念根本不同于常规的合金化概念。依据新的革新方法,在使用温度高达约750℃下为完全铁素体的合金因用铬稳定的(Ni、Co)Al-B2的金属间有序相的纳米颗粒的共格细分布的析出物而获得了其优异的蠕变强度和腐蚀特性。
析出物与铁素体基体共格,并且无论是是晶粒内部还是靠近晶界处,都均匀和精细地分布在组织内。这种合金钢的优点是明显降低的成本,而且金属间(Ni、Co)Al-B2相的共格析出物与常规的合金化概念相比在高于620℃和甚至高于650℃-约750℃的温度下明显提高了蠕变强度。
该概念(本发明基于此)取消用于产生金属间化合物增强相的昂贵且难于获得的元素。具有B2组织的(Ni、Co)Al相与常规奥氏体钢相比需要明显更低的Ni和Co含量。
Fe-Cr-Al(Ni、Co)系内B2相的特定性质是,其对于(Ni、Co)Al的独特固相溶解度间隙,这可通过Cr含量得到控制。
因此,通过改变Cr、Al和Ni或Co的含量,可以有针对性地调节在使用温度下的高体积份数和有利于该过程的固溶温度。
在下表中列出了不同的实验熔体(VS)。
钢内高于8mol%(VS2)的B2相含量由于相关的粘滞性降低和钢的劣等可机加工性而是不利的,并因此应避免。
由于铁素体晶格内B2相的共格,可以实现非常精细和均匀的析出物分布。小的界面能量还对提高的粗度产生小的驱动力(图1)。
VS1 | VS2 | VS3 | |
C | 0.21 | 0.02 | 0.02 |
Si | 0.187 | 0.23 | 0.2 |
Mn | 0.168 | 0.05 | 0.05 |
P | 0.025 | 0.02 | 0.02 |
S | 0.006 | 0.002 | 0.002 |
Al | 4.2 | 6.0 | 5.1 |
Cr | 18.1 | 13.0 | 11 |
Ni | 4.09 | 5.0 | 4 |
Ti | 0.02 | 0.024 | - |
Nb | - | - | 0.1 |
N | 0.006 | 0.005 | 0.005 |
B | 0.005 | 0.005 | 0.005 |
650℃下的B2 | 5.6mol% | 8.1mol% | 5.9mol% |
B2sol | 852℃ | 988℃ | 869℃ |
表:实验熔体,列出化学成分以及对于B2相的摩尔份数的热力学计算值及其固溶温度(B2sol)(重量%)
B2相的这种精细分布提高了蠕变强度并在二次蠕变区域内产生非常低的蠕变率(图2)。
在B2相内检测出了元素Ni、Al和少量的Fe。在基体内检测出了Fe、Cr、Al和Si。B2-NiAl相的平均颗粒半径约为40nm,摩尔相份数约为5.6%。
利用计算相析出和生长特性的程序对B2-NiAl相颗粒的提高粗度进行计算。在650℃的模拟析出中,在100000小时后计算出147nm的平均颗粒半径。
因此,提高的粗度在用于常规条件的时间内明显低于以认定为最大有效平均颗粒半径的约500nm的数值。
依据本发明,将2-<16重量%的Cr作为合金成分加入到钢中,以使B2相在高于620℃-约750℃的使用温度下足够稳定。
在本发明的有利的实施方案中,通过分别相对于Ni和Co调节过量的Al(分别贫于调节NiAl和CoAl的化学当量),还明显提高了耐氧化性。
然后,取决于Cr含量,还按如下调节对于B2-(Ni,Co)Al形成的化学当量份数过量的A1:
2%Cr:>8%A1,
5%Cr:>3%A1,
15.9%Cr:≥2.5%A1,
其中过量A1含量满足Cr的中间值线性内插(interpolate)。
通常,应选择组成,使得在使用温度下形成由铁素体组织和(Ni,Co)Al-B2相组成的稳定组织作为主要成分。
为在使用温度下保证铁素体组织,必须保持下列以重量%计的组成:
0.11×[%Cr]+2.07×[%Al]≥0.95×([%Ni]+[%Co])
由于依据本发明的合金钢金室温下的高基本硬度,因此有利地调节B2相含量为<8mo1%以保证可机加工性和机械特性例如粘滞性。这通过将Ni和Co含量的总和限制在≤15%的值达到。
元素Si和Mn可以仅作为在钢中常见的部分伴生元素存在,或可以各自以最高l%的百分数作为合金元素用于混晶硬化。已证明,最大0.4%的Si和0.5%的Mn是有利的。Si用于略微提高耐热性。如果耐热性是应用的主要目的,那么推荐较高的含量。Mn的更高浓度对蒸汽氧化形为产生不利影响。如果在特定用途中不存在这种风险,那么更多的Mn可以作为附加的合金化元素以提高在室温和提高的温度下的强度。
如果未将额外的Si作为合金成分加入到钢中用以脱氧,那么通过已经非常高的A1含量产生脱氧。
C含量对本合金化概念较不重要,但不应超过1.0%的值。已证明,0.5%的最大含量是有利的。高于1%的含量使机加工更困难并有利于粗的和因此有害的特殊碳化物的产生。对于低于0.5%的C含量,特殊碳化物的产生大大降低。取决于使用温度,必须调节C含量,以避免在特定用途中抑制这些特殊碳化物的强析出和生长。
对于高于约16%的Cr含量情况也观察到可机加工性的变差,从而依据本发明将Cr含量限制为低于16%。此外,高于16%的Cr含量还阻碍铁素体-奥氏体的相转变,该相转变在本发明的合金中从高于使用温度开始。这种相转变有利地允许组织的改变并因此允许机械特性的改变。此外,可以通过添加优选溶于铁素体相内的Cr来控制在铁素体面与B2析出物之间的晶格参数的差别。相反,Co优选地溶于B2相内并允许该相的晶格参数的控制,使得通过两种效应可以控制用于提高析出物粗度的动力学过程。
在另一有利的实施方案中,为提高钢的基本强度和粘滞性而调节均匀和细的晶粒组织,这通过V、Ti、Ta、Zr或Nb中一种或几种元素的微合金化获得,其中存在于钢中的碳以细MX碳化物形式结合。证明下列最大百分比是有利的:
最大0.3%的V,
最大0.1%的Ti,
最大1.0%的Ta,
最大0.05%的Zr,
最大0.2%的Nb,
且证明最大总含量0.5%是有利的。
为通过混晶硬化或细金属间相的析出而提高强度/蠕变强度所考虑的其它元素是Mo和W,其还可以分别以1%(Mo)或2%(W)最大百分比进行合金化。
由于不希望的一次AlN形成,N含量应调节为尽可能低并限制为最大0.0200%。
此外,界面活性的元素还可以进行合金化,不仅用以有针对性地影响内界面如晶界和相界,而且影响保护性氧化层的界面。这些包括元素例如Hf、B、Y、Se、Te、Sb、La和Zr,将它们以<0.1%的总百分比进行添加。
虽然该合金钢可以有利地用于发电厂中的换热管,但其应用并不局限于此。除了制造可以无缝热轧或焊接的管外,该合金钢也可以用于制造金属片、铸件、离心铸造件或用于机加工的工具(工具钢),其中应用领域延伸到压力容器、锅炉、涡轮机、核发电厂或化学设备的制造,也就是具有相似温度要求和腐蚀暴露的所有领域。
尽管本发明的合金钢由于其优异的蠕变强度和氧化特性而可以特别有利地用在高于620℃-约750℃,但如果材料强度是重要的考虑事项,例如在高于500℃温度下的其用途已是有利的。
附图说明
图1示出由STEM产生的显微组织的图像以及由EDX测定的基体的化学组成和VS1的B2相。
图2示出实验室熔体VS3试样在650℃下的等温蠕变试验和恒定应力的结果。
Claims (8)
1.合金钢,包括下列化学成分(以重量%计):
0.02≤C≤1.0%
0.187≤Si≤1.0%
Mn≤1.0%
P最大0.05%
S最大0.01%
2≤A1≤12%
3≤Cr<16%
2≤Ni<5%和/或
2≤Co≤10%
而
2≤Ni+Co≤15%和
0.11×[%Cr]+2.07×[%Al]≥0.95×([%Ni]+[%Co])
N最大0.0200%
余量的铁以及与熔炼相关的杂质,
-具有任选添加的V、Ti、Ta、Zr和Nb中的-种或多种元素,
-具有任选添加的Mo和W中的一种或两种元素,
-具有任选添加的Hf、B、Se、Y、Te、Sb、La和Zr中的一种或多种元素,总含量在<0.1%的范围内,
条件是钢组织含有基于铬稳定的(Ni,Co)A1-B2金属间有序相的均匀分布的共格析出物,
其特征在于任选添加的合金化元素具有下列百分比:
最大0.3%的V,
最大0.1%的Ti,
最大1.0%的Ta,
最大0.05%的Zr,
最大0.2%的Nb,
最大1.0%的Mo,
最大2.0%的W,
取决于Cr含量,还按如下调节对于B2-(Ni,Co)Al形成的化学当量份数的过量的Al:
2%Cr:>8%A1,
5%Cr:>3%A1,
15.9%Cr:≥2.5%A1,
其中过量Al含量满足Cr的中间值线性内插法。
2.根据权利要求1所述的合金钢,其特征在于析出物的颗粒尺寸平均小于500nm。
3.根据权利要求2所述的合金钢,其特征在于析出物的颗粒尺寸平均小于50nm。
4.根据权利要求1-3之一所述的合金钢,其特征在于C含量为最大0.5%,Si含量为最大0.4%和Mn含量为最大0.5%。
5.根据权利要求1-3之一所述的合金钢,其特征在于钢内的B2相的最大百分比为8mo1%。
6.根据权利要求1-3之一所述的合金钢,其特征在于所述合金钢是在高于620℃至750℃的使用温度下具有优异蠕变强度和耐腐蚀性的铁素体钢。
7.无缝或焊接钢管、钢片材或由铸造生产的工件或工具钢,由根据权利要求1-6至少一项所述的合金钢制造。
8.根据权利要求7所述的无缝或焊接钢管、钢片材或由铸造生产的工件或工具钢,特征在于,其在高于620℃至750℃的使用温度下具有优异的蠕变强度和耐腐蚀性。
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102008034817 | 2008-07-23 | ||
DE102008034817.1 | 2008-07-23 | ||
DE102009031576A DE102009031576A1 (de) | 2008-07-23 | 2009-06-30 | Stahllegierung für einen ferritischen Stahl mit ausgezeichneter Zeitstandfestigkeit und Oxidationsbeständigkeit bei erhöhten Einsatztemperaturen |
DE102009031576.4 | 2009-06-30 | ||
PCT/DE2009/000953 WO2010009700A1 (de) | 2008-07-23 | 2009-07-03 | Stahllegierung für einen ferritischen stahl mit ausgezeichneter zeitstandfestigkeit und oxidationsbeständigkeit bei erhöhten einsatztemperaturen |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN102137948A CN102137948A (zh) | 2011-07-27 |
CN102137948B true CN102137948B (zh) | 2014-06-11 |
Family
ID=41171102
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN200980128791.3A Expired - Fee Related CN102137948B (zh) | 2008-07-23 | 2009-07-03 | 在提高的使用温度下具有优异蠕变强度和耐氧化性的铁素体钢的合金钢 |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US9080230B2 (zh) |
EP (1) | EP2307586B1 (zh) |
JP (1) | JP5844150B2 (zh) |
CN (1) | CN102137948B (zh) |
AR (1) | AR072594A1 (zh) |
DE (1) | DE102009031576A1 (zh) |
WO (1) | WO2010009700A1 (zh) |
Families Citing this family (24)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104046891B (zh) * | 2013-03-13 | 2017-04-26 | 香港城市大学 | 纳米金属间化合物强化的超高强度铁素体钢及其制造方法 |
CN103352177B (zh) * | 2013-06-17 | 2015-12-23 | 浙江浦宁不锈钢有限公司 | 一种强度增强的钢材 |
CN103614654A (zh) * | 2013-10-22 | 2014-03-05 | 芜湖市鸿坤汽车零部件有限公司 | 一种用于发动机罩的合金钢材料及其制备方法 |
CN103667891A (zh) * | 2013-11-08 | 2014-03-26 | 张超 | 一种用于输送含氯根的混酸液体泵的合金钢材料及其制备方法 |
CN103643175A (zh) * | 2013-11-12 | 2014-03-19 | 铜陵市肆得科技有限责任公司 | 一种阀芯用合金钢材料及其制备方法 |
KR101595436B1 (ko) | 2014-09-23 | 2016-02-19 | 한국원자력연구원 | 다층구조 핵연료 피복관 및 이의 제조방법 |
CN104785775A (zh) * | 2015-04-21 | 2015-07-22 | 苏州统明机械有限公司 | 一种用于热喷涂的耐氧化合金钢粉末及其制备方法 |
CN104895638B (zh) * | 2015-05-17 | 2017-12-01 | 嵊州亿源投资管理有限公司 | 一种汽车发动机进气门 |
CN107794459B (zh) * | 2015-05-18 | 2019-05-24 | 南京市星淳机械有限公司 | 一种汽车发动机气缸盖 |
CN104895639B (zh) * | 2015-05-24 | 2018-03-16 | 新昌县勤勉贸易有限公司 | 一种耐高温气缸排气门组 |
EP3333277B1 (en) | 2015-08-05 | 2019-04-24 | Sidenor Investigación y Desarrollo, S.A. | High-strength low-alloy steel with high resistance to high-temperature oxidation |
ES2791887T3 (es) | 2016-03-29 | 2020-11-06 | Deutsche Edelstahlwerke Specialty Steel Gmbh & Co Kg | Acero con densidad reducida y procedimiento para la fabricación de un producto plano de acero o un producto alargado de acero a partir de un acero de este tipo |
JP6909806B2 (ja) | 2016-04-22 | 2021-07-28 | サンドビック インテレクチュアル プロパティー アクティエボラーグ | 管、及び管の作製方法 |
DE102016111591A1 (de) * | 2016-06-24 | 2017-12-28 | Sandvik Materials Technology Deutschland Gmbh | Verfahren zum Umformen einer Luppe aus einer ferritischen FeCrAl-Legierung in ein Rohr |
US10883160B2 (en) | 2018-02-23 | 2021-01-05 | Ut-Battelle, Llc | Corrosion and creep resistant high Cr FeCrAl alloys |
CN108330405A (zh) * | 2018-03-30 | 2018-07-27 | 四川六合锻造股份有限公司 | 一种耐腐蚀性能优异且耐高温性能好的优质合金 |
CN110029273A (zh) * | 2019-04-23 | 2019-07-19 | 洛阳中伟环保科技有限公司 | 一种磨机用无碳合金隔仓板 |
CN110042308A (zh) * | 2019-04-23 | 2019-07-23 | 洛阳中伟环保科技有限公司 | 一种磨机用无碳合金衬板 |
CN109930076A (zh) * | 2019-04-23 | 2019-06-25 | 洛阳中伟环保科技有限公司 | 一种磨机用无碳合金钢球 |
KR102255111B1 (ko) * | 2019-07-31 | 2021-05-24 | 주식회사 포스코 | 내식성이 우수한 배기계용 페라이트계 강판 |
KR102324087B1 (ko) * | 2019-12-18 | 2021-11-10 | 한전원자력연료 주식회사 | 페라이트계 합금 및 이를 이용한 핵연료 피복관의 제조방법 |
SE543967C2 (en) * | 2020-02-11 | 2021-10-12 | Blykalla Reaktorer Stockholm Ab | A martensitic steel |
CN111534763B (zh) * | 2020-06-22 | 2022-02-11 | 益阳金能新材料有限责任公司 | 一种耐磨合金钢及其制备方法 |
CN115074601B (zh) * | 2022-05-24 | 2023-12-26 | 湘潭大学 | 一种制备高体积分数b2强化铁素体合金的方法 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6296953B1 (en) * | 1997-08-12 | 2001-10-02 | Sandvik Ab | Steel alloy for compound tubes |
Family Cites Families (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CA928537A (en) * | 1968-06-28 | 1973-06-19 | Allegheny Ludlum Corporation | Oxidation resistant stainless steel |
JPS5225806B2 (zh) * | 1972-09-20 | 1977-07-09 | ||
JPS5129963B2 (zh) * | 1973-07-18 | 1976-08-28 | ||
JPS5915976B2 (ja) * | 1975-09-03 | 1984-04-12 | 住友金属工業株式会社 | 耐酸化性の優れたフエライト系ステンレス鋼 |
JPH03236449A (ja) * | 1990-02-10 | 1991-10-22 | Sumitomo Metal Ind Ltd | ごみ焼却廃熱ボイラ管用高クロム鋼 |
JP2970955B2 (ja) | 1991-06-03 | 1999-11-02 | 住友金属工業株式会社 | 耐カッパーチェッキング性に優れた高クロムフェライト系耐熱鋼 |
JPH08218154A (ja) | 1995-02-14 | 1996-08-27 | Nippon Steel Corp | 耐金属間化合物析出脆化特性の優れた高強度フェライト系耐熱鋼 |
US6030472A (en) | 1997-12-04 | 2000-02-29 | Philip Morris Incorporated | Method of manufacturing aluminide sheet by thermomechanical processing of aluminide powders |
JP4221518B2 (ja) | 1998-08-31 | 2009-02-12 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | フェライト系耐熱鋼 |
JP3518515B2 (ja) | 2000-03-30 | 2004-04-12 | 住友金属工業株式会社 | 低・中Cr系耐熱鋼 |
DE10159408B4 (de) * | 2000-12-04 | 2005-06-09 | Hitachi Metals, Ltd. | Fe-Cr-Ni-Al-Legierung mit hervorragender Oxidationsbeständigkeit und hoher Festigkeit sowie aus dieser Legierung hergestellte Platte |
JP4836063B2 (ja) * | 2001-04-19 | 2011-12-14 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | フェライト系耐熱鋼とその製造方法 |
SE520617C2 (sv) | 2001-10-02 | 2003-07-29 | Sandvik Ab | Ferritiskt rostfritt stål, folie tillverkad av stålet, användning av stålet och folien, samt metod för att framställa stålet |
JP3550132B2 (ja) * | 2002-04-15 | 2004-08-04 | 東北特殊鋼株式会社 | 析出硬化型軟磁性フェライト系ステンレス鋼 |
US7520942B2 (en) | 2004-09-22 | 2009-04-21 | Ut-Battelle, Llc | Nano-scale nitride-particle-strengthened high-temperature wrought ferritic and martensitic steels |
CN100507051C (zh) * | 2007-10-23 | 2009-07-01 | 山东理工大学 | 具有纳米析出相强化的铁素体系耐热钢及其制造方法 |
FR2933990B1 (fr) * | 2008-07-15 | 2010-08-13 | Aubert & Duval Sa | Acier martensitique durci a teneur faible en cobalt, procede de fabrication d'une piece a partir de cet acier, et piece ainsi obtenue |
-
2009
- 2009-06-30 DE DE102009031576A patent/DE102009031576A1/de not_active Withdrawn
- 2009-07-03 WO PCT/DE2009/000953 patent/WO2010009700A1/de active Application Filing
- 2009-07-03 CN CN200980128791.3A patent/CN102137948B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2009-07-03 US US13/055,345 patent/US9080230B2/en active Active
- 2009-07-03 JP JP2011519034A patent/JP5844150B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2009-07-03 EP EP09775941.9A patent/EP2307586B1/de not_active Not-in-force
- 2009-07-22 AR ARP090102788A patent/AR072594A1/es active IP Right Grant
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6296953B1 (en) * | 1997-08-12 | 2001-10-02 | Sandvik Ab | Steel alloy for compound tubes |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
C.Stallybrass等.Ferritic Fe–Al–Ni–Cr alloys with coherent precipitates for high temperature applications.《Materials and Engineering A》.2004,第387-389卷985-990. |
Ferritic Fe–Al–Ni–Cr alloys with coherent precipitates for high temperature applications;C.Stallybrass等;《Materials and Engineering A》;20041215;第387-389卷;3.1小结,表1的合金7-8,1引言部分 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN102137948A (zh) | 2011-07-27 |
WO2010009700A1 (de) | 2010-01-28 |
EP2307586B1 (de) | 2018-10-10 |
JP5844150B2 (ja) | 2016-01-13 |
JP2011528752A (ja) | 2011-11-24 |
DE102009031576A1 (de) | 2010-03-25 |
US20110189496A1 (en) | 2011-08-04 |
US9080230B2 (en) | 2015-07-14 |
AR072594A1 (es) | 2010-09-08 |
EP2307586A1 (de) | 2011-04-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102137948B (zh) | 在提高的使用温度下具有优异蠕变强度和耐氧化性的铁素体钢的合金钢 | |
US20150203944A1 (en) | Austenitic steel alloy having excellent creep strength and resistance to oxidation and corrosion at elevated use temeratures | |
CN103938106B (zh) | 铬镍铜钒铌氮高温耐热耐磨铸钢 | |
JPWO2018151222A1 (ja) | Ni基耐熱合金およびその製造方法 | |
Ding et al. | Formation of lamellar carbides in alloy 617-HAZ and their role in the impact toughness of alloy 617/9% Cr dissimilar welded joint | |
KR20090055552A (ko) | 용접 금속 및 용접에서 사용되는 물품, 용접물 및 용접물의제조 방법 | |
JP5596697B2 (ja) | 酸化アルミニウム形成性ニッケルベース合金 | |
JP6805574B2 (ja) | オーステナイト系耐熱鋼及びオーステナイト系伝熱部材 | |
JP7114998B2 (ja) | オーステナイト系ステンレス鋼 | |
CN101573466A (zh) | 具有优良的耐腐蚀性和优良的耐变色性的铁素体不锈钢 | |
JP6860410B2 (ja) | 微量のVを含有するNi−Cr基合金ろう材 | |
EP2198065B1 (en) | A dispersion strengthened steel as material in a roller for a roller hearth furnace | |
KR20220098789A (ko) | 가공성, 크리프 저항성 및 부식 저항성이 우수한 니켈-크롬-철-알루미늄 합금 및 이의 용도 | |
CN110919235A (zh) | 一种不锈钢焊接用焊丝 | |
Yan et al. | High-temperature oxidation behavior of 9Cr-5Si-3Al ferritic heat-resistant steel | |
CN100374608C (zh) | 一种铁路车辆用耐腐蚀钢板及其制备方法 | |
KR20120108786A (ko) | 고온강도가 우수한 페라이트계 스테인리스강의 제조방법 | |
KR20130014901A (ko) | 고온 내산화성 및 고온 강도가 우수한 오스테나이트계 스테인리스강 | |
JP5343446B2 (ja) | 熱疲労特性、耐酸化性および耐高温塩害腐食性に優れるフェライト系ステンレス鋼 | |
JP5522998B2 (ja) | 耐熱合金 | |
JP5417764B2 (ja) | 熱疲労特性と耐酸化性に優れるフェライト系ステンレス鋼 | |
JP2017066431A (ja) | 締結部品用フェライト系ステンレス線状鋼材 | |
Hamdani et al. | Development of heat-resistant Fe-based alloys for A-USC steam boiler using ultra-high purity (UHP) technology | |
WO1992000158A1 (en) | METHOD OF POWDERMETALLURGICALLY MANUFACTURING FULLY DENSE BODIES FROM HIGH TEMPERATURE MARTENSITIC Cr STEEL | |
CN108220832B (zh) | 一种碳纤维增强合金复合材料及其制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C53 | Correction of patent of invention or patent application | ||
CB02 | Change of applicant information |
Address after: Dusseldorf Applicant after: V & M DEUTSCHLAND GmbH Address before: Dusseldorf Applicant before: V & M DEUTSCHLAND GmbH |
|
COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: APPLICANT; FROM: VM GERMANY GMBH TO: VALLOUREC DEUTSCHLAND GMBH |
|
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20140611 |