CN1095424A

CN1095424A - 奥氏体高温抗渗碳钢

Info

Publication number: CN1095424A
Application number: CN94102822A
Authority: CN
Inventors: 胥继华; 宋文芸; 张同达; 张惠斌; 韩万学; 黄卫
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: 1994-11-23
Anticipated expiration: 2014-03-23
Also published as: CN1037535C

Abstract

本发明属于合金钢领域，主要使用于在高温热腐蚀环境下特别是在恶劣的渗碳环境下作为结构件用钢。在本发明钢中适当的提高Cr、Ni含量，使钢具有更高的抗高温氧化性和热腐蚀性，并通过对微量元素复合合金化，使本发明钢的组织稳定，综合性能得到改善。该钢与现有技术HP类型钢相比较不仅在高温抗渗碳方面明显优于现有技术钢种，而且在高温强度方面也有显著提高。

Description

本发明属于合金钢领域。主要适用于高温热腐蚀环境下，特别是在恶劣的渗碳环境下，被用作结构件用钢。

在化工工业中，辐射段炉管等部件是乙烯裂解炉中的关键部件，它长期处于高温（1000℃～1150℃）和较强的渗碳环境中，并且还要承受一定的压力。在现有技术中使用在这个领域中的一般为HP类型的材料。例如用作辐射炉管和有关部件的有Cr₂₅Ni₃₅Si及Cr₂₅Ni₃₅WNb等钢种，由这些材料所制作成的辐射炉管等，在乙烯裂解炉中使用一段时间后发现，其材质性能明显下降。原因就在于HP类型材料被使用在这领域中材料本身存在有渗碳现象严重，和被制作部件的使用寿命明显降低等缺陷。因此作为高温抗渗碳材料，HP类型材料被使用在这个领域中，是不能完全满足设备整体的设计和使用的要求。且最高设计使用温度不能超过1100℃。

本发明的目的是提出一种具有好的高温抗渗碳性能以及良好的高温强度的奥氏体高温抗渗碳钢。

根据本发明的目的，我们所提出的奥氏体高温抗渗碳钢的具体成份设计是（重量%）C0.3-0.6%，Si0.8-2.0%，Mn≤2.5%，Cr29-38%，Ni39-48%，Nb0.5-2.5%，Al0.05-1.0%，Ti0.05-1.0%，Zr0.001-0.2%，Mo≤0.5%，Ce0.001-0.2%，Mg0.0005-0.01%，其余为Fe。

为了克服现有技术中的不足，使本发明的奥氏体高温抗渗碳钢的抗渗碳性能，抗高温腐蚀性能以及高温强度等综合性能得到提高，因此在本发明钢的成份设计中，对作为基础成份的铬、镍含量均有所提高。在本发明钢中铬含量应在29～38%范围内，其目的是保证钢1100-1200℃时，应具有较好抗高温氧化性、抗高温热腐蚀性（抗渗碳、抗硫和燃烧灰腐蚀）的能力。镍含量应控制在39-48%范围内，其理由是提高钢的抗渗碳性能并能够获得稳定的奥氏体组织，保持钢有基本的高温强度。碳含量为0.3-0.6%范围内，这能够保证钢的高温强度，改善钢的铸造工艺性能和满足生产工艺的要求。在本发明钢中加入其它元素所起到的作用还有，在钢中加入Nb，可以形成Nb的碳化物，达到提高钢的高温强度效果。加入一定量的Ti，可以形成Nb和Ti的复合碳化物，起到提高碳化物的稳定性效果，促使高温强度进一步得到改善。钢中加入较高含量的硅，可以提高钢的高温抗渗碳性能，同时有利于提高钢的高温抗氧化性能，并改善钢的流动性。另外在钢中加入少量的铝，特别是在与铈和硅的复合作用下，对提高钢的高温抗渗碳性能和抗氧化性能都是非常有利的。但是Si、Al的含量必须要限量控制，因为过多的Si、Al含量会给钢的机械性能带来不良影响。再有钢中加入Zr、Ce、Mg等微量元素的综合作用，是再于细化钢的晶粒度，改善钢的塑性，和净化晶界，进而强化晶界。通过这些多元微量元素的复合合金化，可以进一步提高了本发明钢的抗渗碳性能和高温蠕变强度。

本发明奥氏体高温抗渗碳钢可以采用电弧炉和中频感应炉进行冶炼，经冶炼后可采用铸造方法生产，铸造成不同规格的离心铸管及各种静态铸件。

本发明奥氏体高温抗渗碳钢与现有技术相比较具有以下特点。由于本发明钢适当的提高钢中的铬镍含量，因此本发明钢比HP类形钢具有更高的高温抗渗碳性和抗高温气体腐蚀性能，而且能够获得稳定的奥氏体组织，因而又具有较高的高温强度。在本发明钢中适量的加入一些微量元素，不仅提高了该钢种的组织稳定性，而且明显的改善了该钢种的力学性能。本发明钢与现有技术的HP类型钢相比较在高温抗渗碳方面明显优于HP+W+Nb钢种，其试验对比结果见附图。在附图中1.曲线代表HP类型钢。2曲线代表本发明钢。纵座标是碳浓度含量（%）。横座标是碳渗层深度（mm）。渗碳温度为1100℃试验时间为150小时。

实施例

按照本发明奥氏体高温抗渗碳钢的成份范围，我们采用中频感应炉共冶炼了三炉钢。为了便于对比同时又冶炼了一炉HP+W+Nb钢。每炉钢的具体化学成份含量见表1。表1是本发明钢与现有技术钢的化学成份含量对比在表1中序号1.2.3为本发明钢的具体化学成份。HP+W+Nb为现有技术钢种。经冶炼后的各炉钢均浇铸成离心铸管，并进行了高温抗渗碳试验和力学性能试验。高温抗渗碳试验结果见附图，各试验参数已在说明书中叙述过。表2为本发明实施例在室温性能及对比结果，由对比结果表明本发明钢具有较高的室温塑性。表3为本发明实施例的高温持久断裂试验对比结果。试验是在1100℃高温下进行的持久强度试验，试验应力为σ＝13MPa。由表3对比结果可看出本发明钢比对比钢号HP+W+Nb具有更高的高温强度。

表2 本发明实施例室温性能及对比结果

炉号	σ_b	σ_S	δ
				1	572	305	22.0
2	575	320	21.6
				3	576	327	15.8
HP+W+Nb	525	265	9.44

表3 本发明钢高温持久断裂试验对比结果

炉号	试验条件		持久断裂的时间小时
				温度，℃	应力，MPa
	1	1100				17.36	211
13			587
				2	1100	17.36	256
13	687
		3	1100			17.36	178
13	553
				HP+W+Nb	1100	17.36	105
13	355

Claims

1、一种奥氏体高温抗渗碳钢，其特征在于该钢的具体化学成份范围是(重量%)C 0.3-0.6%，Si 0.8-2.0%，Mn≤2.5%，Cr29-38%，Ni 39-48%，Nb 0.5-2.5%，Al 0.05-1.0%，Ti 0.05-1.0%，Zr 0.001-0.2%，Mo≤0.5%，Ce 0.001-0.2%，Mg0.0005-0.01%，其余为Fe。