CN109536841A - 一种耐腐蚀的奥氏体-铁素体双相耐热钢及其制备方法 - Google Patents

一种耐腐蚀的奥氏体-铁素体双相耐热钢及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种耐腐蚀的奥氏体‑铁素体双相耐热钢，所述耐腐蚀的奥氏体‑铁素体双相耐热钢含有铁、碳、硅、硫、磷、锰、铬、镍、铌组分，各组分的重量百分比分别为碳0.04‑0.05%，硅0.01‑0.9%，硫0‑0.025%，磷0‑0.03%，锰0.1‑1.5%，铬18.2‑18.8%，镍9.1‑12.5%，铌的重量百分比为碳的重量百分比的7‑8倍，余量为铁和不可避免的杂质；本发明的另一面还提供一种制备上述耐腐蚀的奥氏体‑铁素体双相耐热钢的制备方法。本发明通过调整原料钢的各组分配比以及制备方法中的工艺参数，提高双相不锈钢的高温强度、耐腐蚀性能和抗氧化性能，使其在应用中具有更长的使用寿命，满足石油、化工、能源等行业对于材料的要求。

Description

一种耐腐蚀的奥氏体-铁素体双相耐热钢及其制备方法
技术领域
本发明涉及耐热钢技术领域，尤其涉及一种耐腐蚀的奥氏体-铁素体双相耐热钢及其制备方法。
背景技术
奥氏体-铁素体双相不锈钢是奥氏体和铁素体组织各约占一半的不锈钢。在含碳较低的情况下，其铬含量在18-28%，镍含量在3-10%， 有些钢还含有Mo、Cu、Si、Nb、Ti，N等合金元素。该类钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点，与铁素体相比，塑性、韧性更高，无室温脆性，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高，同时还保持有铁素体不锈钢的475℃脆性以及导热系数高，具有超塑性等特点。与奥氏体不锈钢相比，强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高。双相不锈钢具有优良的耐孔蚀性能，也是一种节镍不锈钢。
奥氏体-铁素体双相不锈钢因具有两相组织结构，具有优异的耐腐蚀性和力学性能，被广泛用于石油、化工、能源等行业。双相不锈钢的导热性好，热膨胀系数小，高温使用时可避免因温差而引起的开裂；另外，双相不锈钢的塑性和高温蠕变性能优于铁素体不锈钢。随着电力行业的发展，超临界火力发电和超临界水冷堆核电的工作温度逐步升高，要求材料在更高温度下的仍具有优越的力学性能。现有奥氏体-铁素体双相不锈钢仍不足之处：一方面，奥氏体耐热钢的耐热性能尚未达到行业对材料的性能要求；另一方面，现有的双相不锈钢的耐高温氧化性能仍有待提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐腐蚀的奥氏体-铁素体双相耐热钢及其制备方法，提高双相不锈钢的高温强度、耐腐蚀性能和抗氧化性能。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
本发明提供一种耐腐蚀的奥氏体-铁素体双相耐热钢，含有铁、碳、硅、硫、磷、锰、铬、镍、铌组分，各组分的重量百分比分别为碳0.04-0.05%，硅0.01-0.9%，硫0-0.025%，磷0-0.03%，锰0.1-1.5%，铬18.2-18.8%，镍9.1-12.5%，铌的重量百分比为碳的重量百分比的7-8倍，余量为铁和不可避免的杂质。
优选地，各组分的重量百分比分别为碳0.04%，硅0.4%，硫0.01%，磷0.02%，锰0.5%，铬18.2%，镍9.3%，铌的重量百分比为碳的重量百分比的7.8倍，余量为铁和不可避免的杂质。
优选地，各组分的重量百分比分别为碳0.042%，硅0.5%，硫0.015%，磷0.01%，锰0.6%，铬18.3%，镍9.2%，铌的重量百分比为碳的重量百分比的7.6倍，余量为铁和不可避免的杂质。
优选地，各组分的重量百分比分别为碳0.045%，硅0.6%，硫0.009%，磷0.015%，锰0.7%，铬18.4%，镍9.1%，铌的重量百分比为碳的重量百分比的7.5倍，余量为铁和不可避免的杂质。
本发明的另一面还提供一种制备上述耐腐蚀的奥氏体-铁素体双相耐热钢的制备方法，包括以下步骤：将配比好的原材料依次经过电炉融化、除渣精炼、取样检测、成分调整、浇注成型、冷却打磨、锻造、回火、切割操作，最终得到表面平整、干净、无杂质的耐腐蚀的奥氏体-铁素体双相耐热钢；其中，所述除渣精炼步骤中的精炼温度为1700-1750℃，所述浇注成型步骤中的浇注温度为1600-1620℃，所述锻造步骤中的开锻温度≥1150℃，终锻温度≥980℃，所述回火步骤中的回火时间大于60分钟。
与现有技术相比，本发明提供一种耐腐蚀的奥氏体-铁素体双相 耐热钢及其制备方法，通过调整原料钢的各组分配比以及制备方法中 的工艺参数，提高双相不锈钢的高温强度、耐腐蚀性能和抗氧化性能。
具体实施方式
为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。
本发明提供一种耐腐蚀的奥氏体-铁素体双相耐热钢，含有铁、碳、硅、硫、磷、锰、铬、镍、铌组分，各组分的重量百分比分别为碳0.04-0.05%，硅0.01-0.9%，硫0-0.025%，磷0-0.03%，锰0.1-1.5%，铬18.2-18.8%，镍9.1-12.5%，铌的重量百分比为碳的重量百分比的7-8倍，余量为铁和不可避免的杂质。
碳（C）是强奥氏体形成元素，是对钢的强度贡献最大的元素，碳溶解在钢中形成间隙固溶体，起到固溶强化的作用，另外，碳与其他强碳化物形成元素形成碳化物析出时，起到沉淀强化的作用，可显著提高钢的强度、硬度、塑性和韧性；但是碳含量过高容易导致钢的耐腐蚀性能下降，因此，本发明的双相耐热钢将碳的含量控制在0.04-0.05%，既保证耐热钢具备较高的强度、硬度和韧性，又不影响耐热钢的耐腐蚀性能。
铬（Cr）元素是主要铁素体形成元素，铬与氧结合能生成耐腐蚀的Cr2O3钝化膜，是钢保持耐蚀性的基本元素之一，铬含量增加可提高钢的钝化膜修复能力，改善钢的抗氧化作用，增加钢的抗腐蚀能力，在大气环境中，铬含量在12%以上的铁-铬合金就可自钝化，在氧化性介质中铬含量在17%以上就可钝化；本发明的双相耐热钢铬含量为18.2-18.8%，铬含量增加，则Cr2O3钝化膜中的铬含量也增加，使得钝化膜的化学稳定性增强；较高含量的铬使得钢具有高的耐点蚀、耐缝隙腐蚀及耐应力腐蚀性能。
镍（Ni）是主要奥氏体形成元素，能够减缓钢的腐蚀现象，本发明的双相耐热钢中镍含量为9.1-12.5%，与较高含量的铬相互配合，可提高双相耐热钢的耐腐蚀、抗氧化性能。
硅（Si）作为还原剂和脱氧剂，能够提高钢的抗拉强度，硅与铬等结合，有提高耐腐蚀性能和抗氧化的作用；但是，硅含量增加会降低不锈钢的焊接性能，本发明的双相耐热钢的硅含量为0.01-0.9%。
一般情况下，硫（S）元素、磷（P）元素是钢中的有害元素，硫降低钢的延展性、韧性、焊接性能以及耐腐蚀性能，磷增加钢的冷脆性，使得焊接性能变坏，塑性降低，因此本发明的双相耐热钢要求硫含量低于0.025%、磷含量低于0.03%。
Mn（锰）元素是良好的脱氧剂和脱硫剂，起到固溶强化的作用，可使钢具有足够的韧性、强度和硬度，但是锰含量过高会减弱钢的耐腐蚀性能及焊接性能，因此本发明的双相耐热钢要求锰含量为0.1-1.5%。
铌（Nb）是强碳化物形成元素，可以防止晶间腐蚀，提高钢的高温强度，提高钢的耐晶间腐蚀性能，本发明的双相耐热钢中铌的重量百分比为碳的重量百分比的8倍，使得双相耐热钢具有优良的高温强度和耐腐蚀性能。
本发明还提供一种制备上述耐腐蚀的奥氏体-铁素体双相耐热钢的制备方法，包括以下步骤：确保配比好的原材料无油、无危险杂质，将配比好的原材料依次经过电炉融化、除渣精炼、取样检测、成分调整、浇注成型、冷却打磨、锻造、回火、切割操作，最终得到表面平整、干净、无杂质的耐腐蚀的奥氏体-铁素体双相耐热钢；其中，除渣精炼步骤中的精炼温度为1700-1750℃，浇注成型步骤中的浇注温度为1600-1620℃，锻造步骤中的开锻温度≥1150℃，终锻温度≥980℃，回火步骤中的回火时间大于60分钟。
本发明实施例1中，奥氏体-铁素体双相耐热钢各组分的重量百分比分别为碳0.04%，硅0.4%，硫0.01%，磷0.02%，锰0.5%，铬18.2%，镍9.3%，铌的重量百分比为碳的重量百分比的7.8倍，余量为铁和不可避免的杂质。
本发明实施例1的耐腐蚀的奥氏体-铁素体双相耐热钢的制备方法如下：按上述配比准备原材料，将配比好的原材料依次经过电炉融化、除渣精炼、取样检测、成分调整、浇注成型、冷却打磨、锻造、回火、切割操作，最终得到表面平整、干净、无杂质的耐腐蚀的奥氏体-铁素体双相耐热钢；其中，除渣精炼步骤中的精炼温度为1700-1750℃，浇注成型步骤中的浇注温度为1600-1620℃，锻造步骤中的开锻温度≥1150℃，终锻温度≥980℃，回火步骤中的回火时间大于60分钟。
本发明实施例2中，奥氏体-铁素体双相耐热钢各组分的重量百分比分别为碳0.042%，硅0.5%，硫0.015%，磷0.01%，锰0.6%，铬18.3%，镍9.2%，铌的重量百分比为碳的重量百分比的7.6倍，余量为铁和不可避免的杂质。
本发明实施例2的耐腐蚀的奥氏体-铁素体双相耐热钢的制备方法如下：按上述配比准备原材料，将配比好的原材料依次经过电炉融化、除渣精炼、取样检测、成分调整、浇注成型、冷却打磨、锻造、回火、切割操作，最终得到表面平整、干净、无杂质的耐腐蚀的奥氏体-铁素体双相耐热钢；其中，除渣精炼步骤中的精炼温度为1700-1750℃，浇注成型步骤中的浇注温度为1600-1620℃，锻造步骤中的开锻温度≥1150℃，终锻温度≥980℃，回火步骤中的回火时间大于60分钟。
本发明实施例3中，奥氏体-铁素体双相耐热钢各组分的重量百分比分别为碳0.045%，硅0.6%，硫0.009%，磷0.015%，锰0.7%，铬18.4%，镍9.1%，铌的重量百分比为碳的重量百分比的7.5倍，余量为铁和不可避免的杂质。
本发明实施例3的耐腐蚀的奥氏体-铁素体双相耐热钢的制备方法如下：按上述配比准备原材料，将配比好的原材料依次经过电炉融化、除渣精炼、取样检测、成分调整、浇注成型、冷却打磨、锻造、回火、切割操作，最终得到表面平整、干净、无杂质的耐腐蚀的奥氏体-铁素体双相耐热钢；其中，除渣精炼步骤中的精炼温度为1700-1750℃，浇注成型步骤中的浇注温度为1600-1620℃，锻造步骤中的开锻温度≥1150℃，终锻温度≥980℃，回火步骤中的回火时间大于60分钟。
本发明提供一种耐腐蚀的奥氏体-铁素体双相耐热钢及其制备方法，通过调整原料钢的各组分配比以及制备方法中的工艺参数，提高双相不锈钢的高温强度、耐腐蚀性能和抗氧化性能，使其在应用中具有更长的使用寿命，满足石油、化工、能源等行业对于材料的要求。
本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。

Claims (5)

1.一种耐腐蚀的奥氏体-铁素体双相耐热钢，其特征在于：含有铁、碳、硅、硫、磷、锰、铬、镍、铌组分，各组分的重量百分比分别为碳0.04-0.05%，硅0.01-0.9%，硫0-0.025%，磷0-0.03%，锰0.1-1.5%，铬18.2-18.8%，镍9.1-12.5%，铌的重量百分比为碳的重量百分比的7-8倍，余量为铁和不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的耐腐蚀的奥氏体-铁素体双相耐热钢，其特征在于：各组分的重量百分比分别为碳0.04%，硅0.4%，硫0.01%，磷0.02%，锰0.5%，铬18.2%，镍9.3%，铌的重量百分比为碳的重量百分比的7.8倍，余量为铁和不可避免的杂质。
3.如权利要求1所述的耐腐蚀的奥氏体-铁素体双相耐热钢，其特征在于：各组分的重量百分比分别为碳0.042%，硅0.5%，硫0.015%，磷0.01%，锰0.6%，铬18.3%，镍9.2%，铌的重量百分比为碳的重量百分比的7.6倍，余量为铁和不可避免的杂质。
4.如权利要求1所述的耐腐蚀的奥氏体-铁素体双相耐热钢，其特征在于：各组分的重量百分比分别为碳0.045%，硅0.6%，硫0.009%，磷0.015%，锰0.7%，铬18.4%，镍9.1%，铌的重量百分比为碳的重量百分比的7.5倍，余量为铁和不可避免的杂质。
5.一种制备如权利要求1所述的耐腐蚀的奥氏体-铁素体双相耐热钢的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：将配比好的原材料依次经过电炉融化、除渣精炼、取样检测、成分调整、浇注成型、冷却打磨、锻造、回火、切割操作，最终得到表面平整、干净、无杂质的耐腐蚀的奥氏体-铁素体双相耐热钢；其中，所述除渣精炼步骤中的精炼温度为1700-1750℃，所述浇注成型步骤中的浇注温度为1600-1620℃，所述锻造步骤中的开锻温度≥1150℃，终锻温度≥980℃，所述回火步骤中的回火时间大于60分钟。
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