CN102676951A

CN102676951A - 一种奥氏体耐热钢及其制造方法

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Publication number: CN102676951A
Application number: CN2012101409026A
Authority: CN
Inventors: 叶晓宁; 苏锦; 常锷
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2012-05-08
Filing date: 2012-05-08
Publication date: 2012-09-19

Abstract

本发明涉及奥氏体耐热钢，其化学成分(重量百分比)为：C：0.10-0.20％，Si≤1.00％，Mn：0.50-2.00％，Cr：20.0-24.0％，P≤0.035％，S≤0.035％，Ni：12.0-15.0％，[N]：0.10-0.20％，Nb：1.00-2.00％，其余为铁及不可避免的杂质。所述钢的制造包括：经冶炼浇注的板坯，根据厚度，在炉时间不小于1.0分钟/mm，抽钢温度为1200-1270℃；在900-1260℃的高温变形区间，将板坯轧制变形至目标厚度；在900-1100℃温度完成轧制；在500-800℃的温度下卷取。得到的奥氏体耐热钢具有改善的高温性能和使用寿命。

Description

一种奥氏体耐热钢及其制造方法

技术领域

本发明涉及高合金耐热钢，特别是涉及奥氏体耐热钢及其制造方法。

背景技术

309S耐热钢属于传统高合金耐热钢，其主要成分为23％的铬和13％的镍，合金平均含量达到36％。对比310S耐热钢，309S耐热钢的合金含量大幅降低。309S耐热钢主要用于退火炉等高温耐热场合，其耐热温度最高可达到900℃左右。但是，309S耐热钢的高强度较低，限制了其在高温下的长期使用。

309S耐热钢的标准成分为：C：0.08％，Si：0.75％，Mn：2.00％，P：0.045％，S：0.030％，Cr：22-24％，Ni：12-15％。该耐热钢的热轧带钢工艺流程与奥氏体不锈钢基本相同，工艺流程如下：冶炼---板坯连铸---板坯加热----带钢热轧---带钢卷取---带钢连续退火、酸洗----检查----卷取、包装。

310S耐热钢合金含量更高，耐热性能好于309S，其标准成分为：C：0.08％，Si：1.50％，Mn：2.00％，P：0.045％，S：0.030％，Cr：24-26％，Ni：19-22％。

发明内容

本发明的目的在于提供一种奥氏体耐热钢。本发明的奥氏体耐热钢在309S热轧耐热带钢的基础上提高了高温强度和使用性能。

为了实现上述目的，本发明的奥氏体耐热钢，其化学成分(重量百分比)为：C：0.10-0.20％，Si≤1.00％，Mn：0.50-2.00％，Cr：20.0-24.0％，P≤0.035％，S≤0.035％，Ni：12.0-15.0％，[N]：0.10-0.20％，Nb：1.00-2.00％，其余为铁及不可避免的杂质。

本发明的另一个目的是提供上述奥氏体耐热钢的制造方法，该方法包括：

经冶炼和浇注的板坯，根据其厚度，板坯在炉时间不小于1.0分钟/mm，抽钢温度为1200-1270℃；

在900-1260℃的高温变形区间，将板坯轧制变形至目标厚度；

在900-1100℃温度完成轧制；

在500-800℃的温度下卷取。

本发明在原有309S成份中添加了1-2％的铌含量，并使钢中的氮含量最高达到0.20％。铌在钢中可以提高钢的再结晶温度，细化晶粒，阻止晶粒在高温下的长大粗化。在一定温度条件下，提高钢的高温强度，从而提高耐热钢的使用寿命。本发明热钢通过添加氮、铌元素使钢的高温强度得到提高，延长了钢的高温使用寿命。由于带钢高温强度通过铌与镍的金属间化合物的析出提高高温性能，且也能保证常规力学性能，从而可以满足带钢加工条件要求。因此省掉了常规耐热带钢的热处理工序，降低了生产成本。

附图说明

图1是310S钢与试验刚(本发明实施例1)的高温持久强度。

图2是310S钢与试验钢(本发明实施例1)的高温强度比较。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的特点和优点进行较为详细的描述。

本发明中，除非另有指明，含量均指重量百分比含量。

为了实现提供改善了高温强度和使用性能的奥氏体耐热钢，各个元素控制如下：

碳是奥氏体不锈钢中的重要元素，碳元素可以扩大奥氏体区，提高的强度，在钢中或以固溶形式存在，或以碳化物析出的形式存在。根据需要，通过适当的冶金方式，使碳的作用向有利于提高钢的性能方向发展。本发明中控制C：0.10-0.20％，优选为0.11-0.19％，更优选为0.140-0.160％。

硅是不锈钢冶炼中不可缺少的元素。在硅含量较低、以脱氧剂为主要作用的情况下，可以使钢中的氧含量降低，提高钢的纯净度。在耐热钢中，由于硅含量的提高，使硅含量钢的表面氧化皮中富集，提高了氧化皮与基体钢的附着性，使氧化皮不易与基体钢分离，提高了氧化皮的抗脱落性。本发明中控制Si≤1.00％，优选为0.1-1.0％。

锰是较弱的奥氏体形成元素，它在耐热钢中是一种脱氧剂，随着钢中锰含量的增加，可显著提高氮在钢中的溶解度。锰、氮复合加入可以用来代替钢中昂贵的镍。锰还可以提高钢的强度性能。本发明中控制Mn：0.50-2.00％，优选为0.60-1.90％，更优选为0.80-1.60％。

铬对钢的抗氧化性和耐蚀性有着重要的作用，铬与氧比其它元素的亲和性更强，铬与氧结合在钢的表面形成致密的氧化膜，使氧不易再向钢中渗透，从而防止的钢的进一步氧化。随着铬含量的增加，不仅在氧化性介质中的耐蚀性增中，而且对不锈钢的其它抗蚀性能的提高有着显著作用。铬与耐热钢中的碳在一定温度下形成碳化物，但当碳量一定时，随钢中铬含量的增加，抗氧化性能得到提高。本发明中控制Cr：20.0-24.0％。

磷元素是钢中的杂质元素，在310S钢中磷元素的上限为0.035％，但是，目前耐热钢的合金含量高，钢的磷含量随着返回钢的使用，不断累积提高，高铬合金耐热钢的脱磷成本很高，并有较大的危险性。因此在钢的生产时，注意原料中磷含量尽可能低，不超过成分标准要求。本发明中控制P≤0.035％。

硫是钢的杂质元素，与磷不同的是，钢中硫的去除较为容易，钢中的硫与氧含量密切相关。在冶炼中，加强钢的脱氧，降低钢的氧含量，以及提高钢的冶金渣的控制，可以很好的降低硫含量，提高耐热钢的加工性能和使用性能。本发明中控制S≤0.035％，优选地，控制S≤0.0020％。

控制氧含量主要是考虑钢中氧含量与夹杂物含量有关系，控制总氧含量可以尽可能降低夹杂物含量，提高成型性。

镍在耐热钢中是仅次于铬的重要合金元素。为了提高钢的高温强度和奥氏体组织，必需添加足够的镍。镍可以促进耐热钢氧化膜的稳定性，提高钢的热力学稳定性。因此，耐热钢中铬与镍的共存，可显著强化钢的耐热性能。本发明中控制Ni：12.0-15.0％，优选为12.0-14.0％。

氮元素在耐热钢中的应用有很好的益处。氮是奥氏体形成元素，可以提高耐热钢的高温强度，在本钢中的成分设计中，提高氮元素的含量，使高温强度和性能稳定性更加稳定。本发明中控制总氮含量[N]：0.10-0.20％。当钢中氮含量大于0.20％后，钢的高温塑性变差，热加工能力降低，见表1。当钢中氮含量分别达到0.23％、0.25％时，钢在热加工过程中，出现严重的表面裂纹缺陷。

表1氮含量大于0.20％钢的成分及表面

序号	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	N	Nb	表面
											1	0.10	0.5	2.0	0.035	0.001	20.0	14.0	0.23	1.08	裂纹
2	0.12	0.3	1.7	0.030	0.002	21.5	12.8	0.25	1.27	裂纹

铌作为不锈钢中强烈形成碳、氮化合物的稳定性元素，主要用于防止钢中铬与碳结合形成铬碳化合物而引起的铬浓度降低导致耐蚀性的下降，特别是引起晶间腐蚀。铌还可以提高钢的高温强度，与镍形成金属间化合物，在钢中弥散析出。本发明中控制Nb：1.00-2.00％。

本发明的奥氏体耐热钢通过包含如下步骤的方法制造：

1)按照上述成分进行冶炼并浇注成板坯；

2)加热炉加热工艺：

板坯在炉时间和抽钢温度如下：

在炉时间根据板坯厚度不小于1.0分钟/mm，抽钢温度为1200-1270℃。

3)本耐热钢牌号最佳高温变形区间为900-1260℃。在此温度区间将板坯轧制变形至目标厚度，完成产品规格的控制。一次加热未完成产品变形的目标厚度，可以再次按上述板坯加热温度加热，进行二次轧制。

4)在900-1100℃范围内完成带钢轧制，然后进行高温卷取，钢的卷取温度为500-800℃。钢卷空冷放置冷却，通过钢卷在空气中的较慢的速度冷却，铌与碳的化合物以及铌与镍的金属间化合物得以析出。使钢的高温性能得到保证。尽管钢的高温强度得到强化，但是热轧带钢常规力学性能可以达到标准要求，满足使用加工条件。因此可以将常规耐热带钢后续的热处理过程省略，减少带钢的加工程序，降低生产成本。热轧后的带钢可以直接酸洗去除氧化铁皮，使带钢表面达到使用标准。

采用本发明耐热钢成分仅以普通硅、氮合金化为主，附以较少的钼合金元素，使耐热钢的高温强度和高温使用寿命得到提高。此外，由于通过冷却工艺的控制，节省了热处理工序，降低了生产成本，满足了使用要求。

实施例

本发明实施例钢的化学成分见表2。

表2本发明实施例钢的化学成分，重量％

序号	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	N	Nb
										实施例1	0.10	0.1	2.0	0.035	0.001	20.0	14.0	0.10	1.01
实施例2	0.12	0.3	1.7	0.030	0.002	21.5	12.8	0.13	1.27
										实施例3	0.15	0.6	1.3	0.025	0.015	22.0	12.0	0.18	1.52
实施例4	0.17	0.8	0.9	0.020	0.03	23.5	13.5	0.15	1.78
										实施例5	0.20	1.0	0.5	0.010	0.035	24.0	13.0	0.20	1.99

本发明实施例钢的制造工艺条件如表3。

表3本发明实施例钢的工艺条件和力学性能

试验例1：力学性能

按照GB/T228方法测定本发明实施例钢的屈服强度、抗拉强度、延伸率等力学性能，按照GB/T230.1测定本发明实施例钢的布氏硬度，其结果见表3。

试验例2：

本发明实施例钢与常规热处理耐热钢的比较结果见表4。

表4：常规热处理工艺耐热钢标准力学性能

从表1和表3结果可见，本发明的耐热钢中贵重金属含量比相近标准牌号少，氮钢的高温性能得到提高以及常规力学性能满足标准：屈服强度≥350MPa，抗拉强度≥550MPa，延伸率≥35％，硬度≤250HB。

图1为310S与试验钢(本发明实施例1钢)高温持久强度。在相同的温度、时间条件下，试验钢的持久强度高于310S钢，即在与310S相同的温度、时间和载荷条件下，试验钢可以使用更长的时间；或者，在相同寿命条件下，试验钢可以承载更大负荷。

图2为310S与试验钢(本发明实施例1钢)高温强度。从图中可见，同等温度下，试验钢的高温强度大于310S。

其他实施例也得到了类似的结果。

本发明通过添加氮、铌元素使钢的高温强度得到提高，延长了钢的高温使用寿命。由于带钢高温强度通过铌与镍的金属间化合物的析出提高高温性能，且也能保证常规力学性能，从而可以满足带钢加工条件要求。因此省掉了常规耐热带钢的热处理工序，降低了生产成本。

Claims

1.奥氏体耐热钢，其化学成分(重量百分比)为：C：0.10-0.20％，Si≤1.00％，Mn：0.50-2.00％，Cr：20.0-24.0％，P≤0.035％，S≤0.035％，Ni：12.0-15.0％，[N]：0.10-0.20％，Nb：1.00-2.00％，其余为铁及不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的奥氏体耐热钢，其特征在于，C：0.11-0.19％。

3.如权利要求1所述的奥氏体耐热钢，其特征在于，C：0.140-0.160％。

4.如权利要求1-3任一所述的奥氏体耐热钢，其特征在于，Si：0.1-1.0％。

5.如权利要求1-4任一所述的奥氏体耐热钢，其特征在于，Mn：0.60-1.90％。

6.如权利要求1-5任一所述的奥氏体耐热钢，其特征在于，Mn：0.80-1.60％。

7.如权利要求1-6任一所述的奥氏体耐热钢，其特征在于，Ni：12.0-14.0％.

8.如权利要求1-7任一所述的奥氏体耐热钢的制造方法，包括如下步骤：

经冶炼和浇注的板坯，根据其厚度，在炉时间不小于1.0分钟/mm，抽钢温度为1200-1270℃；

在900-1260℃的高温变形区间，将板坯轧制变形至目标厚度；

在900-1100℃温度完成轧制；

在500-800℃的温度下卷取。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在冶炼中，将钢水铬成分控制到位，碳含量控制为0.10-0.16％，锰控制在0.80-1.60％，铬含量控制在20-22％；镍含量控制在12-13.5％；硫含量控制为≤0.0020％；铌含量控制在1-1.5％，氮含量控制在0.08-0.15％。