CN102877006A - 一种高耐热性铸造奥氏体不锈钢及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属材料领域,涉及一种具有高耐热性的奥氏体不锈钢材料及其制备方法。所述高耐热性铸造奥氏体不锈钢,其化学成分按重量百分比为,C:0.1~0.20%,Si:≤1.0%,Mn:≤2.0%,Cr:17.0~19.0%,Ni:8.0~11.0%,W:1.5~2.5%,Nb:1.0~2.0%,Mo:2.0~3.0%,S:≤0.03%,P:≤0.035%,余量为Fe和不可避免的微量杂质元素。本发明的高耐热性铸造奥氏体不锈钢,其900℃高温性能可以达到:屈服强度大于50MPa;200h(单位面积)氧化增重小于12mg/cm2。达到显著改善高温强度和高温抗氧化性的效果。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种铸造奥氏体不锈钢材料,特别是一种具有高耐热性的奥氏体不锈钢材料。本发明属于金属材料领域。
背景技术
304不锈钢是一种常见的不锈钢,相当于我国的0Cr18Ni9。它的抗腐蚀性能优良,价格比316不锈钢便宜,广泛使用于工业及生活中,例如:耐腐蚀设备与机件、高档不锈钢餐具和户外栏杆等。
304不锈钢主要化学成分 (重量百分比%)为,C:≤0.07,Si:≤1.0,Mn:≤2.0,Cr:17.0~19.0,Ni:8.0~11.0,S:≤0.03,P:≤0.035,余量为Fe。
然而,304不锈钢存在的明显不足是耐热性不足,650℃以上高温容易氧化,因此,通常只适合在550℃以下服役环境长期使用。
发明内容
本发明提供一种高耐热性铸造奥氏体不锈钢,是以304不锈钢为基础,通过添加少量W、Nb、Mo耐高温合金元素,并适当提高C含量,达到显著改善不锈钢耐高温性能的效果。本发明的耐热铸造奥氏体不锈钢具体化学成分 (重量百分比) 为,C:0.1~0.20%,Si:≤1.0%,Mn:≤2.0%,Cr:17.0~19.0%,Ni:8.0~11.0%,W: 1.5~2.5%, Nb: 1.0~2.0%, Mo: 2.0~3.0%, S:≤0.03%,P:≤0.035%,余量为Fe和不可避免的微量杂质元素。
本发明所述的耐热铸造奥氏体不锈钢的制备方法如下:
1)原料准备:根据产品成分要求及每炉冶炼总重量,配备合适重量的304不锈钢主料,少量 W、Nb、Mo料和增碳剂用作成分调整;使产品不锈钢的化学成分按重量百分比为,C:0.1~0.20%,Si:≤1.0%,Mn:≤2.0%,Cr:17.0~19.0%,Ni:8.0~11.0%,W: 1.5~2.5%, Nb: 1.0~2.0%, Mo: 2.0~3.0%, S:≤0.03%,P:≤0.035%,余量为Fe和不可避免的微量杂质元素;
2)加料冶炼:将高熔点的W、Nb、Mo料先放入坩埚底部,然后加入304不锈钢炉料,并覆盖上除渣剂,进行冶炼,出炉前添加少量增碳剂;浇注温度1620℃—1650℃。
本发明的技术原理为:针对现有技术的不足,改进奥氏体不锈钢成分设计,在304不锈钢的基础上,添加少量W、Nb、Mo等耐高温合金元素,并适当提高C含量,这些耐高温合金元素与C形成细小弥散的合金碳化物,这些碳化物具有如下特点:(1)硬度高(在高温条件下也一样);(2)与铁水密度接近;(3)凝固后呈弥散分布。因此,这些合金碳化物在高温下对晶界起到显著的钉扎作用,同时可降低晶界处的溶质扩散速度, 从而明显提高奥氏体不锈钢晶界强度,达到显著改善高温强度和高温抗氧化性的效果。此外,由于添加的耐高温合金元素为强碳化物形成元素,比Cr优先形成碳化物,从而阻止或避免Cr与C形成碳化物,确保晶界处不因贫Cr而导致晶间腐蚀。
本发明的高耐热性铸造奥氏体不锈钢,其900℃高温性能可以达到: 屈服强度大于50MPa;200h氧化增重小于12mg/cm2。
具体实施方式
实施例1:
1)原料准备:根据产品成分要求及每炉冶炼总重量,配备合适重量的304不锈钢主料,少量 W、Nb、Mo料和增碳剂用作成分调整。使产品不锈钢的化学成分 (重量百分比,%) 为:
C:0.10,Si:1.0,Mn:2.0,Cr:17.0,Ni:8.0,W:1.5, Nb: 1.0, Mo: 2.0,S:0.02,P:0.03,余量为Fe和不可避免的杂质。
2) 加料顺序:高熔点的W、Nb、Mo料先放入坩埚底部,然后加入304不锈钢炉料,并覆盖上除渣剂,出炉前添加少量增碳剂。
3)冶炼条件: 设备:中频感应炉,浇注温度:1620℃—1650℃。
对上述得到的产品力学性能和氧化增重检测,900℃高温性能为:屈服强度大于50MPa;200h氧化增重小于12mg/cm2。
力学性能检测方法:按照GB/T4338-2006 进行900℃高温拉伸实验,获得屈服强度指标。
氧化增重检测方法:合金在900℃高温氧化200h后,连同氧化皮一起,采用天平称重测试试样总重量,与原始样的差值除以试样表面积即为(单位面积)氧化增重。
实施例2:与实施例1基本相同,不同之处在于产品的化学成分 (重量百分比,%) 为,
C:0.14,Si:1.0,Mn:2.0,Cr:19.0,Ni:10.0,W: 2.0, Nb: 1.5, Mo: 2.5,
S:0.02,P:0.03,余量为Fe和不可避免的杂质。
900℃高温性能为:屈服强度大于55MPa;200h氧化增重小于10.5mg/cm2。
实施例3:与实施例1基本相同,不同之处在于产品的化学成分 (重量百分比,%) 为,
C:0.20,Si:1.0,Mn:2.0,Cr:19.0,Ni:11.0,W: 2.5, Nb: 2.0, Mo: 3.0,
S:0.02,P:0.03,余量为Fe。
900℃高温性能为:屈服强度大于60MPa;200h氧化增重小于9.5mg/cm2。
Claims (2)
1.一种高耐热性铸造奥氏体不锈钢,其特征在于其化学成分按重量百分比为,C:0.1~0.20%,Si:≤1.0%,Mn:≤2.0%,Cr:17.0~19.0%,Ni:8.0~11.0%,W: 1.5~2.5%, Nb: 1.0~2.0%, Mo: 2.0~3.0%, S:≤0.03%,P:≤0.035%,余量为Fe和不可避免的微量杂质元素。
2.权利要求1所述高耐热性铸造奥氏体不锈钢的制备方法,包括以下步骤:
1)原料准备:根据产品成分要求及每炉冶炼总重量,配备合适重量的304不锈钢主料,少量 W、Nb、Mo料和增碳剂用作成分调整;使产品高耐热性不锈钢的化学成分按重量百分比为,C:0.1~0.20%,Si:≤1.0%,Mn:≤2.0%,Cr:17.0~19.0%,Ni:8.0~11.0%,W: 1.5~2.5%, Nb: 1.0~2.0%, Mo: 2.0~3.0%, S:≤0.03%,P:≤0.035%,余量为Fe和不可避免的微量杂质元素;
2)加料冶炼:将高熔点的W、Nb、Mo料先放入坩埚底部,然后加入304不锈钢炉料,并覆盖上除渣剂,进行冶炼,出炉前添加少量增碳剂;浇注温度1620℃—1650℃。
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