CN110079737A - 一种孪晶强化的含铝奥氏体耐热不锈钢及其制备方法和应用 - Google Patents

一种孪晶强化的含铝奥氏体耐热不锈钢及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN110079737A
CN110079737A CN201910448984.2A CN201910448984A CN110079737A CN 110079737 A CN110079737 A CN 110079737A CN 201910448984 A CN201910448984 A CN 201910448984A CN 110079737 A CN110079737 A CN 110079737A
Authority
CN
China
Prior art keywords
stainless steel
heat
resistance
resistance stainless
austenite heat
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910448984.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110079737B (zh
Inventor
李阳
方旭东
徐芳泓
王剑
夏焱
张威
赵建伟
赵鸿燕
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanxi Taigang Stainless Steel Co Ltd
Original Assignee
Shanxi Taigang Stainless Steel Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanxi Taigang Stainless Steel Co Ltd filed Critical Shanxi Taigang Stainless Steel Co Ltd
Priority to CN201910448984.2A priority Critical patent/CN110079737B/zh
Publication of CN110079737A publication Critical patent/CN110079737A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110079737B publication Critical patent/CN110079737B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/004—Heat treatment of ferrous alloys containing Cr and Ni
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/005—Heat treatment of ferrous alloys containing Mn
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/007—Heat treatment of ferrous alloys containing Co
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/008—Heat treatment of ferrous alloys containing Si
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C21D8/0205—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips of ferrous alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/0081—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for slabs; for billets
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/001—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing N
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/002—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing In, Mg, or other elements not provided for in one single group C22C38/001 - C22C38/60
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/06—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/42—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/44—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/48—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with niobium or tantalum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/52—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with cobalt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/54—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with boron
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B37/00—Component parts or details of steam boilers
    • F22B37/02—Component parts or details of steam boilers applicable to more than one kind or type of steam boiler
    • F22B37/04—Component parts or details of steam boilers applicable to more than one kind or type of steam boiler and characterised by material, e.g. use of special steel alloy

Abstract

本发明提供了一种奥氏体耐热不锈钢，按照重量百分比计包括：C 0.04％‑0.1％，Cr 14％‑17％，Ni 20％‑25％，Al 2％‑4％，Nb 0.2％‑2.5％，W 0.5％‑5％，Co 0.1％‑6％，Cu 1.5％‑4％，Si≤0.5％，Mn 0.5％‑1％，B≤0.1％，S＜0.005％，P＜0.02％，N＜0.01％，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明还提供了奥氏体耐热不锈钢的制备方法，包括：将铸坯加热、保温之后进行锻造或热轧，冷却得到不锈钢方坯；将不锈钢方坯进行固溶处理，冷却后进行时效处理。本发明的奥氏体耐热不锈钢具有优异的高温抗蠕变性能和高温抗氧化性能，能够在650℃‑750℃使用，满足超超临界火电锅炉用材料要求。

Description

一种孪晶强化的含铝奥氏体耐热不锈钢及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于冶金领域，具体地，本发明涉及一种奥氏体耐热不锈钢及其制备方法和应用，更具体地，本发明涉及一种孪晶强化的含铝奥氏体耐热不锈钢及其制备方法和应用。
背景技术
电力是工业发展的基础，发展高效先进煤电符合国家能源根本战略。为了满足日益增长的电力需求和减少二氧化碳排放，提高火电机组燃煤效率是提高火电机组效率的唯一途径。高蒸汽参数对耐热材料性能提出了更高和更全面的要求，包括：足够的持久强度和蠕变断裂强度、优异的抗疲劳和传热性能、较高的抗氧化和耐腐蚀性能、良好的组织长期稳定性。当前，超超临界火电锅炉关键部位用材主要为奥氏体耐热钢，例如：S31042(HR3C)、S30432(SUPER304H)和TP347HFG，然而传统高Cr奥氏体耐热钢在温度高于650℃的蒸汽环境中，所形成的Cr2O3容易以CrO2(OH)2的形式挥发，造成氧化膜剥离，严重威胁锅炉的安全服役。因此研制适用于更高参数下的超超临界火电锅炉用材料具有重要的实践意义。
新型含铝奥氏体耐热钢(Alumina-Forming Austenitic Stainless Steel，以下简称AFA钢)，其具有比传统含Cr耐热钢更优秀的高温抗氧化能力，有望成为适用于700℃等级超超临界机组的耐高温材料。当前，对于提高AFA高温强度的研究较少，主要是通过调控沉淀相的析出来提高钢的高温蠕变和持久强度。例如：北京科技大学吕昭平团队通过调整钢中的Nb/C比析出高度稳定的细小NbC颗粒，显著提高钢的抗蠕变性能。日本新日铁住金株式会社的申请号为201780005402.2、名称为“奥氏体系耐热合金及其制造方法”的专利申请通过组织控制解决了他们原有设计利用laves相和γ’相强化后存在长时间时效后蠕变强度和韧性降低的情形，获得了即使在高温环境下也具有高蠕变强度的奥氏体合金。然而，上述研究仅依靠调控沉淀相析出进行强化，对材料性能的改进有限。
申请号为201410357822.5的中国发明专利申请公开了一种耐热不锈钢，其质量百分比组成是：C 0.03％～0.08％；0＜Si≤0.50％；0＜Mn≤0.50％；P＜0.020％；S＜0.020％；Cr 18.00％～25.00％；Ni 21.5％～31％；Cu 2.00～4.00％；N 0.10～0.35％；Nb0.30～0.65％；W 1.0～5.0％；0＜Mo≤0.40％；Co 1.0～4.0％；B 0.003～0.009％；0＜Al≤0.04％；其余为Fe及不可避免的杂质。但是其在温度高于700℃的蒸汽环境中，所形成的Cr2O3容易以CrO2(OH)2的形式挥发，抗高温蒸汽腐蚀性能下降。另外，该专利中W、Co的加入仅仅的起到固溶强化的作用，且高的Cr、Ni含量带来了更高的成本。
为了改善上述不足，需要开发一种具有高强度和高抗蒸汽腐蚀性能的新型含铝奥氏体不锈钢。
发明内容
本发明的发明目的是针对现有技术中存在的缺陷，提供了一种孪晶强化的含铝奥氏体耐热不锈钢及其制备方法和应用。本发明的总体思路是“通过调控W、Co含量来降低AFA钢层错能以提高其孪晶数量，使其获得细晶强化的效果”。
一方面，本发明提供了一种奥氏体耐热不锈钢，按照重量百分比计包括：
C 0.04％-0.1％，Cr 14％-17％，Ni 20％-25％，Al 2％-4％，Nb 0.2％-2.5％，W0.5％-5％，Co 0.1％-6％，Cu 1.5％-4％，Si≤0.5％，Mn 0.5％-1％，B≤0.1％，S<0.005％，P<0.02％，N<0.01％，余量为Fe和不可避免的杂质。
进一步，本发明的奥氏体耐热不锈钢按照重量百分比计包括：
C 0.05％-0.08％，Cr 15％-16％，Ni 23％-25％，Al 2.4％-2.7％，Nb 0.4％-1％，W 1.5％-3％，Co 2.5％-4％，Cu 2.5％-4％，Si 0.25％-0.45％，Mn 0.7％-0.9％，B≤0.08％，S<0.004％，P<0.02％，N<0.01％，余量为Fe和不可避免的杂质。
进一步，所述奥氏体耐热不锈钢的使用温度为650℃-750℃。
进一步，所述奥氏体耐热不锈钢在650℃的抗拉强度≥550Mpa，屈服强度≥230Mpa。在700℃的抗拉强度≥530Mpa，屈服强度≥220Mpa。在750℃的抗拉强度≥480Mpa，屈服强度≥200Mpa。
另一方面，本发明提供了一种奥氏体耐热不锈钢的制备方法，包括：
(1)将铸坯加热、保温之后进行锻造或热轧，冷却得到不锈钢方坯；
(2)将所述不锈钢方坯进行固溶处理，冷却后进行时效处理。
进一步，所述铸坯是将按照重量百分比计包括C 0.05％-0.08％，Cr 15％-16％，Ni 23％-25％，Al 2.4％-2.7％，Nb 0.4％-1％，W 1.5％-3％，Co 2.5％-4％，Cu 2.5％-4％，Si 0.25％-0.45％，Mn 0.7％-0.9％，B≤0.08％，S<0.004％，P<0.02％，N<0.01％，余量Fe的钢水(优选地，按照重量百分比计包括C 0.05％-0.08％，Cr 15％-16％，Ni 23％-25％，Al 2.4％-2.7％，Nb 0.4％-1％，W 1.5％-3％，Co 2.5％-4％，Cu 2.5％-4％，Si0.25％-0.45％，Mn 0.7％-0.9％，B≤0.08％，S<0.004％，P<0.02％，N<0.01％，余量Fe的钢水)连铸或模铸获得。
进一步，在步骤(1)中，将所述铸坯加热至1120℃-1250℃，保温5-10小时后开始锻造或热轧，开锻或开轧温度是1100℃-1250℃，终锻或终轧温度是950℃-1050℃，随后水冷或空冷得到不锈钢方坯。
进一步，将所述不锈钢方坯在1150-1250℃固溶处理30-180分钟，水冷；可选地，进一步在650℃-750℃进行0-1000小时的时效处理。
另一方面，本发明提供了奥氏体耐热不锈钢在制备超超临界火电锅炉的部件中的用途。
进一步，所述部件是换热器或再热器。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下有益效果：
本发明的孪晶强化的含铝奥氏体耐热不锈钢的高温抗蠕变性能和高温抗氧化性能得到显著改善，能够在650℃-750℃使用，能够满足700℃等级超超临界机组的要求。
附图说明
图1是本发明实施例1的AFA钢的SEM照片。
图2是本发明实施例2的AFA钢的SEM照片。
具体实施方式
为了充分了解本发明的目的、特征及功效，通过下述具体实施方式，对本发明作详细说明。本发明的工艺方法除下述内容外，其余均采用本领域的常规方法或装置。下述名词术语除非另有说明，否则均具有本领域技术人员通常理解的含义。
针对目前AFA钢的高温性能不能得到有效提高的问题，本发明的发明人通过研究对AFA钢的元素组成和生产工艺进行了改进，从而提出了一种孪晶强化的含铝奥氏体耐热不锈钢。
本发明主要基于如下总体发明构思：
通过调控W、Co含量，以降低AFA钢层错能以提高其孪晶数量，使其获得细晶强化的效果。并可以提高AFA钢的总晶界数量，使孪晶界成为沉淀相新的形核位置，从而使沉淀相均匀弥散分布，显著改善含铝奥氏体耐热不锈钢的高温抗蠕变性能，同时使其还具有优异的高温抗氧化性能。
第一方面，本发明提供了一种孪晶强化的含铝奥氏体耐热不锈钢，按照重量百分比计包括：C 0.04％-0.1％，Cr 14％-17％，Ni 20％-25％，Al 2％-4％，Nb 0.2％-2.5％，W0.5％-5％，Co 0.1％-6％，Cu 1.5％-4％，Si≤0.5％，Mn 0.5％-1％，B≤0.1％，S<0.005％，P<0.02％，N<0.01％，余量为Fe和不可避免的杂质。
优选地，本发明的孪晶强化的含铝奥氏体耐热不锈钢按照重量百分比计包括：C0.05％-0.08％，Cr 15％-16％，Ni 23％-25％，Al 2.4％-2.7％，Nb 0.4％-1％，W 1.5％-3％，Co 2.5％-4％，Cu 2.5％-4％，Si 0.25％-0.45％，Mn 0.7％-0.9％，B≤0.08％，S<0.004％，P<0.02％，N<0.01％，余量为Fe和不可避免的杂质。
在本发明中，通过调控W、Co含量，并配合上述比例的其它元素，从而使各种元素之间协同作用，具体如下：
碳：C是钢中最为普遍的元素，C是形成M23C6、MX相的关键元素，有利于钢的热强性，因此在本发明中将碳含量控制在0.04-0.1％。
铬：Cr是提高耐热钢高温抗氧化性的主要元素，在高温下可以形成Cr2O3致密的起保护作用的氧化层。同时Cr还可以提高钢的二次硬化作用，增强钢的淬透性。当Cr含量超过12％时，不但能够提高钢的耐腐蚀性、抗氧化性，而且还可增加钢的热强性。但是Cr是铁素体形成元素，过量Cr会形成铁素体相，降低钢的力学性能，因此在本发明中将铬含量控制在14-17％。
镍：Ni是强有力的奥氏体稳定且扩大奥氏体相区的元素，Ni的加入可以平衡AFA钢中Cr、Al等铁素体形成元素，以获得单一稳定的奥氏体组织。另外，Ni是AFA钢中B2-NiAl相的形成元素，因此在本发明中将镍含量控制在20-25％，以保证高的强度以及抗氧化性。
铝：Al的作用主要是使钢在高温下形成一层致密的起保护作用的Al2O3氧化层，尤其是在水蒸汽环境下，使钢拥有更优异的抗蒸汽腐蚀能力。但Al是强铁素体稳定元素，高Al会形成铁素体相，降低钢的力学性能，因此在本发明中将铝含量控制在2-4％。
铌：Nb是强碳化物形成元素，在钢中与碳结合形成碳化物，能提高钢的热强性，含Al奥氏体耐热钢抗高温蠕变性能主要依靠纳米级的MC(M：主要是Nb)碳化物。Nb还可以在AFA钢中能提高B2-NiAl的体积分数，改善AFA钢的抗氧化性能，因此在本发明中将铌含量控制在0.2-2.5％。
钨：W可以降低钢的层错能，使孪晶更容易形成，出现大量的∑3晶界，既细化了晶粒，也增加了特殊晶界数量并为沉淀相提供了形核位置，从而分散了析出相的析出。W还可以提高Fe2W Laves相体积分数，增强析出相强化效果。W是本发明的主要元素之一，但是W含量过高会使Laves相过多析出，过少达不到相应的效果，因此在本发明中将钨含量选择为0.5％-5％，且优选为1.5-3％。
钴：Co可以显著降低钢的层错能，使孪晶更容易形成，出现大量的∑3晶界，既细化了晶粒，也增加了特殊晶界数量并为沉淀相提供了形核位置，从而分散了析出相的析出。Co还能抑制M23C6相等沉淀相的粗化速率，对于调节沉淀相的分布明显有利。Co也是本发明的主要元素之一，但Co含量过高孪晶数量反而减少，因此在本发明中将钴含量选择为0.1％-6％，优选为2.5-4％。
铜：Cu在钢服役过程中可以形成纳米级富Cu相，弥散分布在奥氏体基体中的纳米级富Cu相可以阻碍位错运动，提高钢的高温蠕变性能，因此在本发明中将铜含量控制在1.5-4％。
硅：Si对Cr2O3的形成具有一定的促进作用，在AFA钢中，Si对O的亲和力介于Cr和Al之间。适量的Si能促进A12O3膜的形成，并且可以减小氧化层和基体之间的NiA1贫化区的距离而提高AFA钢的抗氧化性能，因此在本发明中将硅含量控制在0-0.5％。
锰：Mn是比较弱的奥氏体形成元素，但可以强烈稳定奥氏体组织。在铬镍不锈钢中Mn对S的亲和力高，可以消除S的有害作用。但过量添加时会降低材料的机械性能，因此本发明中将锰含量控制在1％以下。
硼：B可以起到净化晶界的作用，提高晶界稳定性，从而使钢的持久蠕变性能提高。但是B极易在晶界偏析，因此在本发明中严格控制硼的含量在0-0.1％。
硫和磷：S和P为有害杂质元素，控制范围为S<0.005，P<0.02。
氮：N可以提高热强性，但含量过高后会导致塑性急剧下降，因此在本发明中将氮最高含量控制在0.01％。
第二方面，本发明提供了孪晶强化的含铝奥氏体耐热不锈钢的制备方法，包括(1)将铸坯加热、保温之后进行锻造或热轧，冷却得到不锈钢方坯；(2)将所述不锈钢方坯进行固溶处理，冷却后进行时效处理。
在一种优选的实施方式中，本发明的孪晶强化的含铝奥氏体耐热不锈钢的制备方法包括：
冶炼、铸造工序：
将包括如下元素组成的钢水通过冶炼、连铸或模铸获得铸坯：C 0.04％-0.1％，Cr14％-17％，Ni 20％-25％，Al 2％-4％，Nb 0.2％-2.5％，W 0.5％-5％，Co 0.1％-6％，Cu1.5％-4％，Si≤0.5％，Mn 0.5％-1％，B≤0.1％，S<0.005％，P<0.02％，N<0.01％，余量Fe。
当然，应当理解的是，也可以通过其它方法获得铸坯，只要满足上述元素组成即可，本领域技术人员可以基于实际生产需要来进行合理选择，在此不做赘述。
锻造或热轧工序
将所得的铸坯加热至1120-1250℃，保温5-10小时后开始锻造或热轧，开锻(或开轧)温度大于1100℃且小于1250℃，终锻(或终轧)温度950-1050℃，水冷或空冷，得到不锈钢方坯。
热处理工序
将不锈钢方坯在1150℃-1250℃固溶处理30分钟-180分钟，水冷。随后在650-750℃进行0-1000小时时效处理。孪晶界成为沉淀相的形核位置，可改善沉淀相的析出行为。AFA钢在使用过程中会有沉淀相的析出。锻造或热轧工序之后，在AFA钢的服役温度范围内，进行时效处理，能够调控W、Co对AFA钢沉淀相的析出行为以及力学性能的影响。
通过对元素，尤其是W、Co含量，进行调控，并结合工艺的改进，本发明的AFA钢具有显著改善的高温抗蠕变性能和高温抗氧化性能，其在700℃，保温1000小时下的氧化增重为0.01g/m2，能够在650-750℃使用，并且，在650℃时的抗拉强度≥550Mpa，屈服强度≥230Mpa，在700℃时的抗拉强度≥530Mpa，屈服强度≥220Mpa，能够满足650-750℃超超临界火电锅炉关键部位用材的要求。
第三方面，本发明提供了奥氏体耐热不锈钢在制备超超临界火电锅炉的部件中的用途。其中，部件可以是换热器或再热器。
实施例
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
实施例1
实施例1的AFA钢的组成如表1所示。
实施例1的AFA钢的制备方法是：按照表1成分经冶炼，连铸获得铸坯；所得铸坯加热至1220℃，保温8小时，锻造成方坯，锻后进行空冷，1200℃固溶处理60min，水冷。
实施例2
实施例2的AFA钢的组成如表1所示。
实施例2的AFA钢的制备方法是：按照表1成分经冶炼，连铸获得铸坯；所得铸坯加热至1250℃，保温5小时，锻造成方坯，锻后进行空冷，1250℃固溶处理30min，水冷。
实施例3
实施例3的AFA钢的组成如表1所示。
实施例3的AFA钢的制备方法是：按照表1成分经冶炼，连铸获得铸坯；所得铸坯加热至1120℃，保温10小时，锻造成方坯，锻后进行空冷，1150℃固溶处理180min，水冷。
实施例4至实施例7
实施例4至实施例7的AFA钢的组成如表1所示。
实施例4至实施例7的AFA钢的制备方法与实施例1相同，区别仅在于按照表1成分获得相应元素含量的铸坯。
在700℃对实施例1和实施例2制备的AFA钢进行1000小时时效处理后钢的SEM照片如图1和图2所示。从图1和图2可以看出，W、Co的加入明显形成了大量孪晶，并且孪晶界成为了沉淀相的形核位置，调控了沉淀相的分布。
表1(单位：质量百分比)
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6 实施例7
C 0.073 0.081 0.08 0.04 0.1 0.05 0.078
Cr 14.99 14.81 14.99 14 17 15.02 15.89
Ni 22.51 23.81 24.59 25 20 23.09 24.81
Al 2.65 2.83 2.61 4 2 2.68 2.68
Nb 0.47 0.44 0.43 0.2 2.5 0.45 0.99
W 3.21 2.47 2.22 0.5 5 1.5 2.87
Co 1.01 1.93 4.64 6 0.1 2.5 3.97
Cu 2.84 2.64 2.55 4 1.5 2.51 4.0
Si 0.24 0.29 0.33 0.5 - 0.4 0.25
Mn 0.80 0.78 0.78 1 0.5 0.7 0.88
B 0.0007 0.0007 0.0007 - 0.0007 0.0007 0.0007
S 0.002 0.002 0.002 0.003 0.002 0.001 0.002
P 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01
N - - - 0.0003 0.0005 - -
Fe 余量 余量 余量 余量 余量 余量 余量
按照GB/T 228.2—2015方法测试实施例1至7制备的AFA钢的屈服强度和抗拉强度，循环氧化实验在700℃下Ar+10％H2O水蒸汽气氛下进行，结果如表2所示。
表2
从表2的数据可以看出，实施例1至7制备的AFA钢的高温抗蠕变性能和高温抗氧化性能得到显著改善，能够在650℃-750℃使用，能够满足700℃等级超超临界机组的要求。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的替代、修饰、组合、改变、简化等，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种奥氏体耐热不锈钢，其特征在于，按照重量百分比计包括：
C 0.04％-0.1％，Cr 14％-17％，Ni 20％-25％，Al 2％-4％，Nb 0.2％-2.5％，W0.5％-5％，Co 0.1％-6％，Cu 1.5％-4％，Si≤0.5％，Mn 0.5％-1％，B≤0.1％，S＜0.005％，P＜0.02％，N＜0.01％，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的奥氏体耐热不锈钢，其特征在于，按照重量百分比计包括：
C 0.05％-0.08％，Cr 15％-16％，Ni 23％-25％，Al 2.4％-2.7％，Nb 0.4％-1％，W1.5％-3％，Co 2.5％-4％，Cu 2.5％-4％，Si 0.25％-0.45％，Mn 0.7％-0.9％，B≤0.08％，S＜0.004％，P＜0.02％，N＜0.01％，余量为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1或2所述的奥氏体耐热不锈钢，其特征在于，所述奥氏体耐热不锈钢的使用温度为650℃-750℃。
4.根据权利要求1或2所述的奥氏体耐热不锈钢，其特征在于，所述奥氏体耐热不锈钢在650℃的抗拉强度≥550Mpa，屈服强度≥230Mpa。在700℃的抗拉强度≥530Mpa，屈服强度≥220Mpa。在750℃的抗拉强度≥480Mpa，屈服强度≥200Mpa。
5.一种奥氏体耐热不锈钢的制备方法，其特征在于，包括：
(1)将铸坯加热、保温之后进行锻造或热轧，冷却得到不锈钢方坯；
(2)将所述不锈钢方坯进行固溶处理，冷却后进行时效处理。
6.根据权利要求5所述的奥氏体耐热不锈钢的制备方法，其特征在于，所述铸坯是将按照重量百分比计包括C 0.05％-0.08％，Cr 15％-16％，Ni 23％-25％，Al 2.4％-2.7％，Nb0.4％-1％，W 1.5％-3％，Co 2.5％-4％，Cu 2.5％-4％，Si 0.25％-0.45％，Mn 0.7％-0.9％，B≤0.08％，S＜0.004％，P＜0.02％，N＜0.01％，余量Fe的钢水(优选地，按照重量百分比计包括C 0.05％-0.08％，Cr 15％-16％，Ni 23％-25％，Al 2.4％-2.7％，Nb 0.4％-1％，W 1.5％-3％，Co 2.5％-4％，Cu 2.5％-4％，Si 0.25％-0.45％，Mn 0.7％-0.9％，B≤0.08％，S＜0.004％，P＜0.02％，N＜0.01％，余量Fe的钢水)连铸或模铸获得。
7.根据权利要求5或6所述的奥氏体耐热不锈钢的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，将所述铸坯加热至1120℃-1250℃，保温5-10小时后开始锻造或热轧，开锻或开轧温度是1100℃-1250℃，终锻或终轧温度是950℃-1050℃，随后水冷或空冷得到不锈钢方坯。
8.根据权利要求5或6所述的奥氏体耐热不锈钢的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，将所述不锈钢方坯在1150-1250℃固溶处理30-180分钟，水冷；可选地，进一步在650℃-750℃进行0-1000小时的时效处理。
9.权利要求1至4任一项所述的奥氏体耐热不锈钢在制备超超临界火电锅炉的部件中的用途。
10.根据权利要求9所述的用途，其特征在于，所述部件是换热器或再热器。
CN201910448984.2A 2019-05-27 2019-05-27 一种孪晶强化的含铝奥氏体耐热不锈钢及其制备方法和应用 Active CN110079737B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910448984.2A CN110079737B (zh) 2019-05-27 2019-05-27 一种孪晶强化的含铝奥氏体耐热不锈钢及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910448984.2A CN110079737B (zh) 2019-05-27 2019-05-27 一种孪晶强化的含铝奥氏体耐热不锈钢及其制备方法和应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110079737A true CN110079737A (zh) 2019-08-02
CN110079737B CN110079737B (zh) 2021-04-27

Family

ID=67422132

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910448984.2A Active CN110079737B (zh) 2019-05-27 2019-05-27 一种孪晶强化的含铝奥氏体耐热不锈钢及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110079737B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112247396A (zh) * 2020-10-26 2021-01-22 南京工程学院 一种奥氏体耐热钢焊丝及制备方法及应用
CN114836671A (zh) * 2022-05-05 2022-08-02 兰州理工大学 一种高铝310s不锈钢及其制备方法
CN115011879A (zh) * 2022-06-23 2022-09-06 西北工业大学 一种奥氏体耐热钢及其热处理方法
CN115074633A (zh) * 2022-07-05 2022-09-20 太原理工大学 一种抑制超级奥氏体不锈钢析出相的方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4077801A (en) * 1977-05-04 1978-03-07 Abex Corporation Iron-chromium-nickel heat resistant castings
CN106893949A (zh) * 2017-04-20 2017-06-27 华能国际电力股份有限公司 一种奥氏体耐热钢及其制备方法
CN106957943A (zh) * 2017-04-20 2017-07-18 华能国际电力股份有限公司 一种提高奥氏体耐热钢力学性能的热处理方法
CN108474072A (zh) * 2016-01-05 2018-08-31 新日铁住金株式会社 奥氏体系耐热合金及其制造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4077801A (en) * 1977-05-04 1978-03-07 Abex Corporation Iron-chromium-nickel heat resistant castings
CN108474072A (zh) * 2016-01-05 2018-08-31 新日铁住金株式会社 奥氏体系耐热合金及其制造方法
CN106893949A (zh) * 2017-04-20 2017-06-27 华能国际电力股份有限公司 一种奥氏体耐热钢及其制备方法
CN106957943A (zh) * 2017-04-20 2017-07-18 华能国际电力股份有限公司 一种提高奥氏体耐热钢力学性能的热处理方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112247396A (zh) * 2020-10-26 2021-01-22 南京工程学院 一种奥氏体耐热钢焊丝及制备方法及应用
CN114836671A (zh) * 2022-05-05 2022-08-02 兰州理工大学 一种高铝310s不锈钢及其制备方法
CN115011879A (zh) * 2022-06-23 2022-09-06 西北工业大学 一种奥氏体耐热钢及其热处理方法
CN115011879B (zh) * 2022-06-23 2024-02-06 西北工业大学 一种奥氏体耐热钢及其热处理方法
CN115074633A (zh) * 2022-07-05 2022-09-20 太原理工大学 一种抑制超级奥氏体不锈钢析出相的方法
CN115074633B (zh) * 2022-07-05 2023-05-09 太原理工大学 一种抑制超级奥氏体不锈钢析出相的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110079737B (zh) 2021-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110079737A (zh) 一种孪晶强化的含铝奥氏体耐热不锈钢及其制备方法和应用
CN103131962B (zh) 一种高韧性的低合金高强度钢及其调质热处理方法
CN102409257B (zh) 一种奥氏体系耐热钢及其制造方法
CN109082591A (zh) 125ksi抗硫化氢应力腐蚀高强油套管用钢及其制备工艺
CN111101063B (zh) 一种690MPa级抗震耐蚀耐火中板钢及其制造方法
CN103614649A (zh) 一种高强韧性高强塑性马氏体不锈钢及其制备方法
WO2016136888A1 (ja) フェライト系耐熱鋼とその製造方法
CN105543704A (zh) 一种高强度抗震耐火耐蚀钢板及制造方法
CN112899579B (zh) 一种耐腐蚀高强度轻质钢及制备方法
CN110408850A (zh) 纳米金属间化合物析出强化的超级钢及其制备方法
CN108728742A (zh) 一种抗震耐火耐蚀钢以及中厚钢板和薄钢板的制造方法
CN102367540A (zh) 一种基于炉卷轧机生产的深海管线钢及其制备方法
CN113881830A (zh) 一种提升超级奥氏体不锈钢耐晶间腐蚀性能的方法
CN109898028B (zh) 抗高温氧化的奥氏体耐热不锈钢及其制备方法与用途
CN106868423A (zh) 一种高锰高氮低镍无磁不锈钢的制造方法及其产物
CN114351058B (zh) 一种屈服强度2000MPa级合金钢及其制备方法
CN103774056A (zh) 一种超（超）临界火电机组用新型奥氏体不锈钢
CN102549174B (zh) 无需软化处理的高含碳量软线材及其制造方法
CN109055691B (zh) 一种Fe-Cr-Zr系铁素体耐热合金及其制备方法
CN112501510A (zh) 一种高铝铁素体耐热钢及其制备方法
CN111088461B (zh) 一种纳米增强抗氢脆钢及其制备方法
RU2688017C1 (ru) Способ термомеханической обработки жаропрочной стали мартенситного класса
CN103276179A (zh) 一种高钢塑性的具有双峰晶粒分布的管线钢的制造方法
JP7402325B2 (ja) 高温酸化抵抗性及び高温強度に優れたクロム鋼板並びにその製造方法
CN114703431A (zh) 一种热作模具钢及退火组织均匀化的热处理工艺

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information

Address after: 030003, Shanxi, Taiyuan, pointed lawn area, lawn street, No. 2

Applicant after: Shanxi Taigang Stainless Steel Co.,Ltd.

Address before: 030003 Taiyuan science and technology center, Shanxi 2

Applicant before: Shanxi Taigang Stainless Steel Co.,Ltd.

CB02 Change of applicant information
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant