CN1031003C

CN1031003C - 奥氏体耐热钢

Info

Publication number: CN1031003C
Application number: CN 94102824
Authority: CN
Inventors: 张惠斌; 宋文芸; 张同达; 胥继华; 黄卫; 韩万学
Original assignee: Daqing General Petrochemical Work; Yantai Alloy Furnace Tube Institute; Central Iron and Steel Research Institute
Current assignee: Daqing General Petrochemical Work; Yantai Alloy Furnace Tube Institute; Central Iron and Steel Research Institute
Priority date: 1994-03-23
Filing date: 1994-03-23
Publication date: 1996-02-14
Anticipated expiration: 2014-03-23
Also published as: CN1095425A

Abstract

本发明属于合金钢领域，主要适用于在高温热腐蚀环境下和恶劣的渗碳条件下作为结构件用钠。该钢的化学成份为C0.3-0.6%，Si0.8-2.0%，Mn≤2.5%，Cr18-28%，Ni29-38%，Nb0.5-2.5%，Al0.05-1.0%，Ti0.05-1.0%，Mo≤0.5%，Zr0.001-0.2%，Ce0.001-0.2%，Mg≤0.1%，其余为Fe。

Description

奥氏体耐热钢

本发明属于合金钢领域。特别是在高温和渗碳的环境下能承受较大应力的结构件用钢。

在现代石油化工领域中，乙烯裂解炉和制氨转化炉炉管等部件是被长期使用在高温中，同时还具有较强的渗碳倾向和承受一定的压力，因此这就要求在该领域中使用的钢种必须具有很强的抗高温渗碳性，抗氧化性和高温持久性能。目前在现有技术中被使用在该方面的钢种有HP(4Cr₂₅Ni₃₅)和HP＋W＋Nb(Cr₂₅Ni₃₅WNb)两种钢号。该两种钢的主要缺点在于高温下抗渗碳和持久强度均不能满足使用要求，其原因是这类合金钢作为耐热钢时的成份设计存在有不足之处。例如在钢中加入一定量的铌和钨元素，其目的是想提高钢的高温强度和抗渗碳性能，但结果即损失了这类钢的高温持久强度，而高温抗渗碳性能又没有得到提高。

本发明的目的是提出一种具有较好综合性能的，尤其是具有较高的高温抗渗碳性和高温持久强度性能的奥氏体耐热钢。

根据本发明的目的，我们所设计的奥氏体耐热钢在调整铬镍含量的基础上，仍保留了适量的铌和去除了钨。并且加入了少量的Al、Ti、Ce等微量元素，在本发明钢中去除了W元素，不仅降低了钢的成本，改善了本发明钢的高温强度，而且还提高了该钢的高温抗渗碳性。其原因是本发明通过加入多元微量元素，使该钢达到复合合金化的结果，这不仅能改善本发明钢的抗渗碳性，而且高温持久强度也明显提高，能够达到提高该类钢使用寿命的目的。因此本发明所提出的奥氏体耐热钢具体化学成份为(重量％)C0.3—0.6％，Si0.8—2.0％，Mn≤2.5％，Cr18—28％，Ni28—38％，Nb0.5—2.5％，Al0.05—1.0％，Ti0.05—1.0％，Mo≤0.5％，Ce0.001—0.2％，Zr0.001-0.2％，Mg≤0.1％，其余为Fe。

在本发明奥氏体耐热钢的成份设计时，考虑到该钢工作在900～1150℃的高温中，应具有较好的抗氧化性及一定的抗渗碳能力，所以Cr含量应控制在10—28％范围内。同时钢中Ni含量应控制在28—38％范围内，这样可以使钢能获得基本奥氏体组织，和具备基本的高温强度，组织也比较稳定。另外碳含量应较高，这样可以形成一次碳化物沿晶界分布，和随后(在使用过程中)再形成二次碳化物，使该钢在高温下得到进一步的强化。并且也可以改善该钢的流动性，得到较好的铸造工艺性能。在钢中加入Nb和Ti，可以使钢中形成Nb，Ti的复合型碳化物，在较高的温度下，这种碳化物是比较稳定的。因此可以进一步提高该钢的高温强度。再有钢中加入适量的Si和Al，可明显提高钢的抗渗碳性能及抗高温氧化腐蚀性能。在钢中加入Zr、Ce等其它微量元素的作用，是在于细化钢的晶粒，强化晶界，提高该钢的高温抗渗碳性和高温强度。另外Zr还对改善钢的塑性亦有良好的作用。

本发明奥氏体耐热钢可以采用电弧炉或中频感应炉进行冶炼。经冶炼后可采用铸造的制造方法进行了生产，例如采用离心铸造或静态浇注方法。可直接铸成不同规格的离心铸管和各种静态铸件。

本发明奥氏体耐热钢与现有技术相比较具有以下特点。本发明奥氏体耐热钢的高温抗渗碳性明显优于现有技术的HP＋W＋Nb钢种，其结果可由附图中看出，在附图中横座标为渗碳深度(mm)，纵座标为渗碳的浓度含量(％)，在附图中曲线1为HP＋W＋Nb钢种，曲线2为本发明钢，渗碳试验温度为1050℃渗碳时间为150小时。另外本发明钢还具有较好的高温持久强度和稳定的组织性能，这样可以给该钢种在使用设计方面带来很大的方便。

实施例：

根据本发明奥氏体耐热钢的成份范围，我们在中频感应炉中冶炼了三炉本发明奥氏体耐热钢和一炉对比钢HP＋W＋Nb以方便对比结果。上述每炉钢的具体成份含量见表1。表1为本发明实施例与现有技术钢的成份含量对比(重量％)。本发明实施例与对比钢均是采用离心铸造方法直接浇注成φ70×20cm的离心铸管，并在铸管上沿轴向取样进行渗碳试验和力学性能试验。渗碳试验采用固体渗碳法，试验温度为1050℃，渗碳时间为150小时，对渗碳后的试件做剥层成份分析，其试验对比结果见附图，在附图中1为HP＋W＋Nb钢，2为本发明钢，横座标渗碳深度(mm)，纵座标为渗碳浓度。表2为本发明钢与现有技术钢在1050℃，σ＝23.8MPa时的持久断裂时间。经上述材料的性能对比，本发明奥氏体耐热钢在高温抗渗碳性及高温强度等方面明显优于现有技术钢。实施例表1、表2说明，在表1、表2中序号1.2.3为本发明实施例所冶炼钢的炉号。HP＋W＋Nb为现有技术的对比钢。

表1本发明钢与现有技术钢的成份对比(重量％)

元素序号	C	Si	Mn	Cr	Ni	Al	Ti	Nb	Mo	Ce	Zr	Mg	Fe	W
元素序号	C	Si	Mn	Cr	Ni	Al	Ti	Nb	Mo	Ce	Zr	Mg	Fe	W	1	0.53	0.98	0.8	20.81	30.52	0.15	0.056	1.83	0.31	0.029	0.002	/	余	/
2	0.433	1.84	2.31	24.81	34.98	0.65	0.14	2.15	0.481	0.07	0.0281	0.0008	余	/	1	0.53	0.98	0.8	20.81	30.52	0.15	0.056	1.83	0.31	0.029	0.002	/	余	/
2	0.433	1.84	2.31	24.81	34.98	0.65	0.14	2.15	0.481	0.07	0.0281	0.0008	余	/	3	0.37	1.72	1.45	26.46	37.2	0.37	0.22	0.87	0.23	0.0015	0.182	0.0051	余	/
HP＋W＋Nb	0.40	0.7	0.76	24.75	36.30	/	/	1.34	0.087	/	/	/	余	1.26	3	0.37	1.72	1.45	26.46	37.2	0.37	0.22	0.87	0.23	0.0015	0.182	0.0051	余	/

表2本发明钢与现有技术钢的高温强度试验对比

序条号件	1	2	3	HP＋W＋Nb
序条号件	1	2	3	HP＋W＋Nb	断裂时间(小时)	243	245	291	105

Claims

1、一种奥氏体耐热钢，其特征在于该钢的具体化学成份范围是(重量％)C0.3-0.6％，Si0.8-2.0％，Mn≤2.5％，Cr18-28％，Ni29-38％，Nb0.5-2.5％，Al0.05-1.0％，Ti0.05-1.0％，Mo≤0.5％，Zr0.001-0.2％，Ce0.001-0.2％，其余为Fe。

2、根据权利要求1所述奥氏体耐热钢，其特征在于该钢还含有Mg≤0.1％。