CN104561821A

CN104561821A - 奥氏体系不锈钢及其制备方法

Info

Publication number: CN104561821A
Application number: CN201410643368.XA
Authority: CN
Inventors: 程晓农; 郭顺; 李冬升; 徐桂芳
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2014-11-13
Filing date: 2014-11-13
Publication date: 2015-04-29

Abstract

本发明提供了一种奥氏体系不锈钢及其制备方法；该奥氏体系不锈钢含有C≤0.1％，Si≤0.5％，Mn≤1％，Cr17～23％，Ni28～33％，Nb0.20～0.45％，Mo0.90～2.10％，Al2.51～3.02％，P≤0.04％，S≤0.01％，N≤0.15％，Re≤0.1％，B？0.001～0.010％，其余为Fe；具有优异的高温拉伸强度、持久蠕变性能和高温抗氧化性；可以广泛用于电站、农业工程、化工、食品、民生用具等领域。

Description

奥氏体系不锈钢及其制备方法

技术领域

本发明属于不锈钢领域，尤其是一种奥氏体系不锈钢及其制备方法。

背景技术

大容量、高参数的发电机组是当前国际上电站的发展方向。电站机组用钢对钢材的高温拉伸强度、持久蠕变性能和高温抗氧化性能提出了极高的要求。传统的Incoloy800系列合金(成分质量分数为C≤0.1％，Si≤1.00％，Mn≤1.5％，Cr19～23％，Ni30～35％，Al0.15～0.60％，Ti0.15～0.60％，Cu≤0.75％,P≤0.045％，S≤0.015％其余为Fe)虽然具有较高的高温拉伸强度(600℃，约为443MPa)、持久蠕变性能(600℃、100000小时的持久极限强度约为107MPa)和高温抗氧化性(700℃、100小时的氧化增重约为0.04mg/cm2)，但是仍然难以完全胜任大容量和高参数的发电机组对钢材高温拉伸强度、持久蠕变性能和高温抗氧化性的要求。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种奥氏体系不锈钢，在高温拉伸强度、持久蠕变性能和高温抗氧化性能方面体现出明显的优势。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种奥氏体系不锈钢，具有如下化学组成：

以质量％计，包括：C≤0.1％，Si≤0.5％，Mn≤1％，Cr 19～23％，Ni 28～33％，Nb 0.20～0.45％，Mo 0.90～2.10％，Al 2.51～3.02％，P≤0.04％，S≤0.01％，N≤0.15％，Re≤0.1％，B 0.001～0.010％，其余为Fe。

本发明还包括所述奥氏体系不锈钢的制备方法：将原料按所述质量％在900～1300℃加热、保温，在1000～1200℃开锻，在950℃以上终锻。

进一步，所述加热温度为1100℃，加热时间为2～4h。

在上述制备方法中，所述保温时间为30～60min。

在上述制备方法中，所述开锻温度为1000～1050℃。

本发明还包括将所述的奥氏体系不锈钢经锻打成坯、机械加工步骤得到的零件。

与传统的Incoloy800系列合金相比，本发明的新型奥氏体不锈钢具有更加优异的高温拉伸强度、持久蠕变性能和高温抗氧化性，可以胜任高参数的发电机组对不锈钢相关性能的苛刻要求。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

本发明的奥氏体系不锈钢确定所用化学成分的理由：

碳：碳是钢中最普遍的合金元素。碳在奥氏体不锈钢中是强烈形成、稳定并扩大奥氏体相区的元素。但过量加入碳元素会影响钢的冷加工性能，并且降低钢的耐腐蚀性能。

硅：硅是钢中的脱氧元素并且提高不锈钢的高温抗氧化性，但硅是强烈的铁素体形成元素。此外，当硅含量超过2％时，会促进金属间化合物在高温过程的析出。因此，为了使钢材获得奥氏体组织，并且提高奥氏体组织的稳定性，必须限制硅含量。

锰：锰是比较弱的奥氏体形成元素，但具有强烈稳定奥氏体组织的作用。不锈钢中加入了适当的锰，可以降低镍含量，降低钢材成本。

铬：铬是强烈形成并稳定铁素体的元素，缩小奥氏体相区。铬是不锈钢中最重要的元素，是钢获得耐腐蚀性及高温抗氧化性的重要元素。本发明奥氏体钢中的铬含量范围既能保证钢有良好的耐腐蚀及耐高温氧化特性，又能保证钢材获得奥氏体组织。

镍：镍是强烈形成并稳定奥氏体且扩大奥氏体相区的元素。随着奥氏体含量的增加，刚中的残余铁素体含量逐渐消除，但是镍会降低钢的热加工性能。本发明奥氏体钢中的镍含量范围既能保证钢有良好的热加工性能，又能保证钢材获得奥氏体组织。

铌：铌能够与不锈钢中的碳元素形成细小的碳化铌析出相，提高不锈钢的高温拉伸性能和持久蠕变性能。

钼：钼是形成和稳定铁素体并扩大铁素体相区的元素。然而，钼元素能够显著改善钢的高温拉伸强度和蠕变性能。

铝：铝是钢中常用的脱氧剂。钢中加入铝，可在高温下形成致密、稳定、一定厚度的氧化铝膜，提高钢的高温抗氧化性，但是铝会影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。

磷：磷是钢在冶炼过程中极难避免的有害元素，应尽量控制在0.05％(质量分数)以下。

硫：硫是钢在冶炼过程中极难避免的有害元素，应尽量控制在0.05％(质量分数)以下。

氮：氮是强烈形成并稳定奥氏体且扩大奥氏体相区的元素。氮属于固溶强化元素，氮的加入可以显著提高钢的高温拉伸强度。

硼：硼能够提高钢的高温抗拉强度，提高晶界稳定性。但是，硼容易在晶界偏析，影响钢的持久蠕变性能，因此必须限制硼含量。

铼：适量的稀土元素能显著改善含氮奥氏体不锈钢的热塑性，提高耐热钢的持久寿命。

实施例1

奥氏体系不锈钢的百分组成：0.077％C、0.47％Si、0.83％Mn、17.84％Cr、29.73％Ni、 0.39％Nb、2.1％Mo、2.73％Al、0.0082％P、0.0029％S、0.016％N、0.032％Re、0.0086％

B，余者为Fe。(材料1)

制备奥氏体系不锈钢的方法：将上述百分组成的原料在1100℃加热2h，保温30min，在1050℃开锻，在950℃以上终锻。

表1 本发明材料1与Incoloy800的性能比较

实施例2

奥氏体系不锈钢的化学组成(百分含量)：0.1％C、0.5％Si、0.02％Mn、18.37％Cr、33％Ni、0.2％Nb、0.9％Mo、2.5％Al、0.009％P、0.01％S、0.15％N、0.045％Re、0.001％B，余者为Fe。(材料2)

表2 本发明材料2与Incoloy800的性能比较

制备奥氏体系不锈钢的方法：将上述百分组成的原料在1000℃加热4h，保温60min，在1000℃开锻，在950℃以上终锻。

实施例3

奥氏体系不锈钢的百分组成(百分含量)：0.009％C、0.01％Si、1％Mn、23％Cr、28％Ni、0.45％Nb、1.5％Mo、3.02％Al、0.04％P、0.0041％S、0.013％N、0.1％Re、0.01％B、余者为Fe。(材料3)

表3 本发明材料3与Incoloy800的性能比较

制备奥氏体系不锈钢的方法：将上述百分组成的原料在1100℃加热3h，保温50min，在1200℃开锻，在950℃以上终锻。

对本发明的奥氏体系不锈钢的性能测试进行说明：材料的高温拉伸强度采用国家标准GB/T 4338-2006《金属材料—高温拉伸试验方法》；材料的持久极限强度采用国家标准GB/T 2039-1997《金属拉伸蠕变及持久试验方法》；材料的高温抗氧化性采用国家标准GB/T 13303-1991《钢的抗氧化性能测定方法》。

将上述实施例制备的奥氏体系不锈钢经锻打成坯、机械加工步骤得到零件。

本发明的奥氏体不锈钢可以广泛用于电站、农业工程、化工、食品、民生用具等领域。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种奥氏体系不锈钢，其特征在于，该奥氏体系不锈钢具有如下化学组成：

以质量％计，包括：C≤0.1％，Si≤0.5％，Mn≤1％，Cr 17～23％，Ni 28～33％，Nb0.20～0.45％，Mo 0.90～2.10％，Al 2.51～3.02％，P≤0.04％，S≤0.01％，N≤0.15％，Re≤0.1％，B 0.001～0.010％，其余为Fe。

2.如权利要求1所述的奥氏体系不锈钢的制备方法，其特征在于，按如下步骤进行：将原料按所述质量％在900～1300℃加热、保温，在1000～1200℃开锻，在950℃以上终锻。

3.如权利要求2所述的奥氏体系不锈钢的制备方法，其特征在于，所述加热温度为1100℃，加热时间为2～4h。

4.如权利要求2所述的奥氏体系不锈钢的制备方法，其特征在于，所述保温时间为30～60min。

5.如权利要求2所述的奥氏体系不锈钢的制备方法，其特征在于，所述开锻温度为1000～1050℃。

6.如权利要求1所述的奥氏体系不锈钢经锻打成坯、机械加工步骤得到的零件。