CN108342644A

CN108342644A - 一种超超临界火电机组用奥氏体不锈钢及其制备工艺

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Publication number: CN108342644A
Application number: CN201810095987.8A
Authority: CN
Inventors: 刘晓; 陈晓阳; 李兴成; 张卫平
Original assignee: Jiangsu University of Technology
Current assignee: Jiangsu University of Technology
Priority date: 2018-01-31
Filing date: 2018-01-31
Publication date: 2018-07-31

Abstract

本发明具体涉及一种超超临界火电机组用奥氏体不锈钢及其制备工艺，所述奥氏体不锈钢包括以下重量百分比组分：0＜C≤0.1％、0＜S≤0.02％、0＜P≤0.02％、0＜Si≤0.5％、0＜Co≤0.5％、0＜Ti≤0.1％、0＜V≤0.1％、0＜Cu≤0.5％、N 0.15‑0.3％、Mn 1.5‑3.0％、Cr 25.0‑29.0％、Ni 25.0‑28.0％、Mo 0.2‑0.8％、Nb 0.5‑1.0％、B0.005‑0.01％、Zr 0.004‑0.01％、Ba 0.001‑0.01％、稀土元素0.01‑0.1％，余量为Fe，该奥氏体不锈钢高温抗氧化性能和高温力学性能优异。

Description

一种超超临界火电机组用奥氏体不锈钢及其制备工艺

技术领域

本发明属于奥氏体不锈钢技术领域，具体涉及一种超超临界火电机组用奥氏体不锈钢及其制备工艺。

背景技术

大容量、高参数的超超临界火力发电机组是当前我国火力发电机组的发展方向，目前600℃超超临界火电机组是我国已商用的先进的燃煤火力发电技术，而采用更高参数(如700℃及以上)超超临界火电机组，对节约能源、减少污染具有十分重要的意义。而提高参数的关键是火电机组所用的耐热钢材料的性能。考虑到耐热钢工作环境的特点，尤其对于火电站用锅炉过热器和再热器来说，在耐热钢的应用中应特别重视其安全性和可靠性，如电站锅炉中的耐热钢材在高温、高压及蒸汽腐蚀中长期工作，管壁温度比蒸汽温度高50℃甚至80℃左右，在这样的环境下长期运行，耐热钢管材的组织和性能将会发生复杂的变化，而组织的变化可能使钢材的高温性能恶化，影响锅炉运行的安全性可靠性，缩短其寿命，严重时可能还会出现爆管等事故。这一切要求超超临界火电机组用耐热钢应有高温性能优良的持久强度、抗蠕变性能、良好的组织稳定性，化学性能优良的高温抗氧化性能和抗蒸汽腐蚀性能，工艺性能优良的热加工性能、焊接性能和热弯曲性能以及良好的经济性能等。

因此，为了满足大容量、高参数的超超临界火力发电机组对耐热钢高温持久强度、蠕变性能及高温抗氧化性能等的苛刻要求，本发明综合考虑生产成本及使用性能等因素，提供了一种添加稀土元素、钡、钒、铌、钴等合金元素的基于复合强化和晶界强化的耐持久性和高温抗氧化性强的超超临界火电机组用奥氏体不锈钢。

发明内容

本发明主要提供了一种超超临界火电机组用奥氏体不锈钢及其制备工艺，该奥氏体不锈钢高温抗氧化性能和高温力学性能优异。其技术方案如下：

一种超超临界火电机组用奥氏体不锈钢，其包括以下重量百分比组分：0＜C≤0.1％、0＜S≤0.02％、0＜P≤0.02％、0＜Si≤0.5％、0＜Co≤0.5％、0＜Ti≤0.1％、0＜V≤0.1％、0＜Cu≤0.5％、N 0.15-0.3％、Mn 1.5-3.0％、Cr 25.0-29.0％、Ni 25.0-28.0％、Mo0.2-0.8％、Nb 0.5-1.0％、B 0.005-0.01％、Zr 0.004-0.01％、Ba 0.001-0.01％、稀土元素0.01-0.1％，余量为Fe。

优选的，所述稀土元素为镧、铈、钇元素中的一种或几种。

优选的，所述稀土元素为镧、铈、钇元素中的一种或几种与镨、钕、钷、钐中的一种或几种组合而成。

优选的，镧、铈和钇元素中任意一种元素的质量占稀土元素总量小于等于51％，且镧、铈和钇元素中任意两种元素的质量占稀土元素总量大于等于99.5％。

上述超超临界火电机组用奥氏体不锈钢的制备工艺，所述工艺包括冶炼、铸锭或铸锭开坯、热轧、热轧后退火酸洗、冷轧后退火酸洗。

优选的，所述冶炼具体的为，采用真空感应炉、电炉与炉外精炼、转炉与炉外精炼、矿热炉冶炼铬铁水和镍铁水与炉外精炼中的任一种冶炼除稀土元素以外的其他组分，在出钢浇铸前加入稀土元素，浇铸温度为1500-1650℃。

优选的，所述铸锭或铸锭开坯采用锻造开坯或直接送热轧的方式，加热温度为1000-1250℃，开坯始锻温度为1050-1200℃，终锻温度为900-1000℃，锻后空冷。

优选的，进行热轧时，坯料加热温度为1000-1250℃，开轧温度为1050-1200℃，终轧温度为900-1000℃，然后空冷。

优选的，热轧后退火酸洗具体的方法为，钢锻造或热轧后退火并酸洗，退火温度为950-1050℃，保温1-5分钟，随炉冷却到室温后酸洗。

优选的，冷轧后退火酸洗时，退火温度为950-1050℃，保温1-5分钟，空冷后酸洗。

为了满足大容量、高参数的超超临界火力发电机组对耐热钢高温持久强度、蠕变性能及高温抗氧化性能等的苛刻要求，本发明综合考虑生产成本及使用性能等因素，提供了一种添加稀土元素、钡、钒、铌、钴等合金元素的基于复合强化和晶界强化的耐持久性和高温抗氧化性强的超超临界火电机组用奥氏体不锈钢。其设计原则如下：

本发明对奥氏体不锈耐热钢的成分进行了优化设计，添加稀土、钨和钡等合金元素，起到固溶强化作用，提高晶界结合力，降低晶界扩散速率，并改善晶界结构，提高晶界强度，从而提高本发明钢的高温持久强度及高温韧性；另外，加入少量钒、铌、锆和铜等合金元素，起到沉淀析出强化和位错强化效果，提高本发明钢种的高温持久强度。此外，本发明中的稀土和钡元素还能抑制钢在高温状态下的氧化层生长速度，使氧化层与钢的基体结合良好，在高温循环作用下保护基体不被进一步氧化，从而提高奥氏体不锈钢的抗高温氧化性能。

采用上述方案，本发明具有以下优点：

本发明合金的抗高温氧化性能优良，还具有较好的力学性能。其高温抗氧化性能和高温力学性能均优于商用Incoloy800和HR3C奥氏体不锈钢，且其成本远低于两种商用不锈钢；另外，本发明合金的室温机械性能诸如抗拉强度、冲击韧性等也远优于Incoloy800和HR3C奥氏体不锈钢。

本发明的超超临界火电用奥氏体不锈钢与现有商用的Super304H、Incoloy800和HR3C三种合金相比，其热加工性能和成本相当，但力学性能和高温抗氧化性能均优于三种商用合金。本发明的奥氏体不锈钢适用于制作700℃及以上在高温、高压、超超临界水蒸汽和腐蚀烟气条件下工作的过热器和再热器等部件。

附图说明

图1为实施例1-14制造的不锈钢和对比例1-3在700℃热暴露不同时间后的室温冲击性能图。

具体实施方式

以下实施例中的实验方法如无特殊规定，均为常规方法，所涉及的实验试剂及材料如无特殊规定均为常规生化试剂和材料。

实施例1-14

实施例1-14中奥氏体不锈钢的成分见表1所示。奥氏体不锈钢的具体制备方法如下：

(1)冶炼：真空感应炉、电炉与炉外精炼、转炉与炉外精炼、矿热炉冶炼铬铁水和镍铁水与炉外精炼中的任一种冶炼除稀土元素以外的其他组分，在出钢浇铸前加入稀土元素，浇铸温度控制在1500-1650℃；

(2)铸锭或铸锭开坯：采用锻造开坯或直接送热轧的方式，加热温度为1000-1250℃，开坯始锻温度为1050-1200℃，终锻温度为900-1000℃，锻后空冷；

(3)热轧：热轧时坯料加热温度1000-1250℃，开轧温度控制在1050-1200℃，终轧温度控制在950-1000℃，空冷；

(4)热轧后退火酸洗：钢锻造或热轧后退火并酸洗，退火温度为950-1050℃，保温1-5分钟，随炉冷却到室温后并酸洗；

(5)冷轧后退火酸洗：冷轧后退火温度为950-1050℃，处理时间为保温1-5分钟，空冷后并酸洗。

本发明奥氏体不锈钢的力学性能和高温抗氧化性能等试样均直接从热轧后进行热处理的板材上横向取样。

对比例1-3

商用Super304H、Incoloy800和HR3C三种合金成分，依次标注为对比例1-3，其成分见表1所示。对比试验均在相同的力学性能和抗高温氧化性能等试验条件下进行。

表1实施例1-14和对比例1-3合金的化学成分

(表1续)

性能测定

分别测定实施例1-14所述的不锈钢和对比例1-3钢号的不锈钢力学性能、高温抗氧化性能对比试验，具体结果见下表2。

表2实施例1-14制备的不锈钢和对比例1-3合金的室温力学性能

表3实施例1-14制备的不锈钢和对比例1-3合金外推10⁵小时后的蠕变断裂强度

表4实施例1-14制备的不锈钢和对比例1-3合金在700℃热暴露不同时间后的室温冲击性能

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种超超临界火电机组用奥氏体不锈钢，其包括以下重量百分比组分：0＜C≤0.1％、0＜S≤0.02％、0＜P≤0.02％、0＜Si≤0.5％、0＜Co≤0.5％、0＜Ti≤0.1％、0＜V≤0.1％、0＜Cu≤0.5％、N 0.15-0.3％、Mn 1.5-3.0％、Cr 25.0-29.0％、Ni 25.0-28.0％、Mo0.2-0.8％、Nb 0.5-1.0％、B 0.005-0.01％、Zr 0.004-0.01％、Ba 0.001-0.01％、稀土元素0.01-0.1％，余量为Fe。

2.根据权利要求1所述的超超临界火电机组用奥氏体不锈钢，其特征在于：所述稀土元素为镧、铈、钇元素中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的超超临界火电机组用奥氏体不锈钢，其特征在于：所述稀土元素为镧、铈、钇元素中的一种或几种与镨、钕、钷、钐中的一种或几种组合而成。

4.根据权利要求3所述的超超临界火电机组用奥氏体不锈钢，其特征在于：镧、铈和钇元素中任意一种元素的质量占稀土元素总量小于等于51％，且镧、铈和钇元素中任意两种元素的质量占稀土元素总量大于等于99.5％。

5.一种权利要求1所述的超超临界火电机组用奥氏体不锈钢的制备工艺，其特征在于：所述工艺包括冶炼、铸锭或铸锭开坯、热轧、热轧后退火酸洗、冷轧后退火酸洗。

6.根据权利要求5所述的超超临界火电机组用奥氏体不锈钢的制备工艺，其特征在于：所述冶炼具体的为，采用真空感应炉、电炉与炉外精炼、转炉与炉外精炼、矿热炉冶炼铬铁水和镍铁水与炉外精炼中的任一种冶炼除稀土元素以外的其他组分，在出钢浇铸前加入稀土元素，浇铸温度为1500-1650℃。

7.根据权利要求5所述的超超临界火电机组用奥氏体不锈钢的制备工艺，其特征在于：所述铸锭或铸锭开坯采用锻造开坯或直接送热轧的方式，加热温度为1000-1250℃，开坯始锻温度为1050-1200℃，终锻温度为900-1000℃，锻后空冷。

8.根据权利要求5所述的超超临界火电机组用奥氏体不锈钢的制备工艺，其特征在于：进行热轧时，坯料加热温度为1000-1250℃，开轧温度为1050-1200℃，终轧温度为900-1000℃，然后空冷。

9.根据权利要求5所述的超超临界火电机组用奥氏体不锈钢的制备工艺，其特征在于：热轧后退火酸洗具体的方法为，钢锻造或热轧后退火并酸洗，退火温度为950-1050℃，保温1-5分钟，随炉冷却到室温后酸洗。

10.根据权利要求5所述的超超临界火电机组用奥氏体不锈钢的制备工艺，其特征在于：冷轧后退火酸洗时，退火温度为950-1050℃，保温1-5分钟，空冷后酸洗。