CN105970108B - 低铬镍耐热钢及其热处理方法 - Google Patents

低铬镍耐热钢及其热处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低铬镍耐热钢，按质量百分比计，其中所含有的元素包括Cr0.9～1.2％、Si 0.17～0.37％、Mn0.4～0.7％、Ni0.1～0.3％、C 0.08～0.15％、N0.001～0.035％、V0.15～0.3％。优选的，按质量百分比计，含有Cr1.05％、Si 0.29％、Mn0.61％、Ni0.1％、C0.11％、N0.035％、V0.22％。本发明所得到钢材的力学性能较好，在持久拉伸时，具有高的塑性。且工艺性和焊接性良好。尤其是配合本发明提供的热处理方法，处理后的钢材，具有较好的热强性。本发明所得耐热钢使用温度在580℃时，仍然具有很高的热强性和抗氧化性，蠕变极限与持久强度数值相近。本发明所得到的钢材可用于制造工作温度580℃左右的高压设备中的过热钢管、导管、散热片及相关的锻件。

Description

低铬镍耐热钢及其热处理方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种低铬镍耐热钢及其热处理方法。
背景技术
耐热钢是在高温下具有较高的强度和良好的化学稳定性的合金钢。耐热钢按其性能可分为抗氧化钢和热强钢两类。抗氧化钢又简称不起皮钢。热强钢是指在高温下具有良好的抗氧化性能并具有较高的高温强度的钢。耐热钢常用于制造锅炉、汽轮机、动力机械、工业炉和航空、石油化工等工业部门中在高温下工作的零部件。这些部件除要求高温强度和抗高温氧化腐蚀外，根据用途不同还要求有足够的韧性、良好的可加工性和焊接性，以及一定的组织稳定性。
现有技术中，奥氏体耐热钢大多采用高温固溶热处理，以获得良好的冷变形性。奥氏体热强钢则先用高温固溶处理，然后在高于使用温度60～100℃条件下进行时效处理，使组织稳定化，同时析出第二相，以强化基体。耐热铸钢多在铸态下使用，也有根据耐热钢的种类采用相应的热处理的。例如日本株式会社在中国申请的一件专利 CN1749427A，公开了一种耐热钢、耐热钢的热处理方法以及高温汽轮机转子，该耐热钢是一种按重量百分比计由0.25～0.35的C、0.15或更少的Si、0.2～0.8的Mn、0.3～ 0.6的Ni、1.6～1.9的Cr、0.26～0.35的V、0.6～0.9的Mo、0.9～1.4的W、低于0.01 的Ti、0.001～0.007的N、总量为1.3～1.4的Mo和W/2以及余量的Fe和不可避免的杂质所组成的耐热钢，其中在回火热处理之后，该耐热钢贝氏体单相组织组成，确保按重量百分比计1.0或更多的Fe、0.8～0.9的Cr、0.4～0.5的Mo、0.3～0.5的W以及 0.2或更多的V移入沉淀物，并且沉淀物总量为3.5或更高。又如，专利CN102586550A 公开了一种不锈钢耐热钢锻件热处理方法，该方法在调质处理前增加一道退火步骤，所述退火步骤中，将不锈钢耐热钢锻件以30-80℃/h的速度加热到900-940℃并保温7-9小时，然后随炉冷却到450-550℃后出炉空冷。
发明内容
发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种低铬镍耐热钢。
技术方案：本发明所提供的低铬镍耐热钢，其成分中含有Cr、Si、Mn、Ni、C、N、 V。其中的Cr和Si这些铁素体形成的元素，能在高温下能促使金属表面生成致密的氧化膜，防止其继续氧化，是提高钢的抗氧化性和抗高温气体腐蚀的主要元素。但Si含量过高会使室温塑性和热塑性严重恶化，因此本发明中Si 0.17～0.37％。Cr能显著提高低合金钢的再结晶温度，其含量为1％左右时效果最好。Mn和Ni可以形成和稳定奥氏体，能提高奥氏体钢的高温强度和改善抗渗碳性，但是如果用量或配比不恰当，反而会损害了耐热钢的抗氧化性，因此本发明中Mn的含量在0.4～0.7％较为合适，Ni的含量在 0.1～0.3％较为合适。
本发明中的C和N可以扩大和稳定奥氏体，从而提高耐热钢的高温强度，尤其是本发明的耐热钢中含有Cr和Mn，在Cr和Mn较多的情况下，可显著提高氮的溶解度，并可利用氮合金化以代替价格较贵的Ni，减少Ni的用量。V是强碳化物形成元素，能形成细小弥散的碳化物，提高钢的高温强度，本发明中V的含量控制在0.15～0.3％。
具体的，本发明所述的耐热钢，按质量百分比计，其中所含有的元素包括Cr 0.9～1.2％、Si 0.17～0.37％、Mn 0.4～0.7％、Ni 0.1～0.3％、C 0.08～0.15％、N 0.001～0.035％、 V 0.15～0.3％。优选的，按质量百分比计，含有Cr 1.05％、Si 0.29％、Mn0.61％、Ni 0.1％、 C 0.11％、N 0.035％、V 0.22％。
由于本发明所提供的耐热钢中镍铬含量低于常规的钢，因此，其热处理过程也较为特殊。本发明还提供了上述耐热钢的热处理方法，其特征在于依次进行去应力退火、退火、正火、第一次回火、淬火、第二次回火。
所述的去应力退火加热温度为600～650℃，空气中冷却。所述的退火加热温度为960～980℃，在空气中冷却。所述的正火加热温度为960～1000℃，空气中冷却。所述的第一次回火加热温度为650～700℃，空气中冷却。所述的淬火加热温度为960～980℃，水冷后油冷。所述的第二次回火加热温度为730～750℃，水中冷却。
有益效果：本发明所得到钢材的力学性能较好，在持久拉伸时，具有高的塑性。且工艺性和焊接性良好。尤其是配合本发明提供的热处理方法，处理后的钢材具有较好的热强性。本发明所得耐热钢使用温度在560～580℃时，仍然具有很高的热强性和抗氧化性，蠕变极限与持久强度数值相近。本发明所得到的钢材可用于制造工作温度580℃左右的高压设备中的过热钢管、导管、散热片及相关的锻件。
具体实施方式：
实施例1
钢材元素配比(质量百分比)：Cr0.9％、Si 0.17％、Mn0.4％、Ni0.1％、C 0.08％、N0.001％、V0.15％。
热处理过程：
去应力退火：加热温度为600～650℃，空气中冷却。
退火：加热温度为960～980℃，在空气中冷却。所述的正火加热温度为960～1000℃，空气中冷却。
第一次回火：加热温度为650～700℃，空气中冷却。
淬火：加热温度为960～980℃，水冷后油冷。
第二次回火：加热温度为730～750℃，水中冷却。
实施例2
钢材元素配比(质量百分比)：Cr1.2％、Si 0.37％、Mn0.7％、Ni0.3％、C0.15％、N0.035％、V0.3％。
热处理过程：
去应力退火：加热温度为600～650℃，空气中冷却。
退火：加热温度为960～980℃，在空气中冷却。所述的正火加热温度为960～1000℃，空气中冷却。
第一次回火：加热温度为650～700℃，空气中冷却。
淬火：加热温度为960～980℃，水冷后油冷。
第二次回火：加热温度为730～750℃，水中冷却。
实施例3
钢材元素配比(质量百分比)：Cr1.05％、Si 0.29％、Mn0.61％、Ni0.1％、C0.11％、N0.035％、V0.22％。
热处理过程：
去应力退火：加热温度为600～650℃，空气中冷却。
退火：加热温度为960～980℃，在空气中冷却。所述的正火加热温度为960～1000℃，空气中冷却。
第一次回火：加热温度为650～700℃，空气中冷却。
淬火：加热温度为960～980℃，水冷后油冷。
第二次回火：加热温度为730～750℃，水中冷却。
由于去应力退火对于本发明所得钢材的力学性能影响较大，我们对去应力退火的加热温度进行了单因素试验，改变加热温度从350～750℃，其结果见表1。
表1去应力退火的加热温度对钢材的影响
从表中可以看出，较佳的温度范围是600～650℃。
将实施例3所得到的耐热钢与常规的耐热钢相比较，进行耐热性能测试，其结果见表2。
表2耐热性能对比试验
从表中可以看出，常规耐热钢在500℃以上力学性能下降较为明显，这是因为在高温下长期运行会出现碳化物球化，从而影响钢材的力学性能。而本发明所得的耐热钢，可以在560～580℃的高温下，其力学性能依然能够满足其使用的要求。

Claims (1)

1.一种低铬镍耐热钢的热处理方法，其特征在于所述的低铬镍耐热钢按质量百分比计，其中所含有的元素包括：Cr 1.05％、Si 0.29％、Mn 0.61％、Ni 0.1％、C 0.11％、N0.035％、V 0.22％；
所述低铬镍耐热钢依次进行去应力退火、退火、正火、第一次回火、淬火、第二次回火；
所述的去应力退火，加热温度为600～650℃，空气中冷却；
所述的退火，加热温度为960～980℃，在空气中冷却；
所述的正火，加热温度为960～1000℃，空气中冷却；
所述的第一次回火，加热温度为650～700℃，空气中冷却；
所述的淬火，加热温度为960～980℃，水冷后油冷；
所述的第二次回火，加热温度为730～750℃，水中冷却。
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