CN110273104A - 应用于先进超超临界锅炉的奥氏体耐热钢 - Google Patents

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Abstract

应用于先进超超临界锅炉的奥氏体耐热钢。随着我国生产和生活水平的不断提高和进步，对电力的需求量越来越大。当前我国的总发电量约八成来自燃煤火力发电。提高发电效率达到节能减排、保护环境是未来火力发电的主要目标。一种应用于先进超超临界锅炉的奥氏体耐热钢，其组成包括：碳、硅、锰、磷、硫、铬、镍、钼、钛、铌、铝、钒、铜、钴、锆、硼、氮，碳0.04~0.08，硅≤0.5，锰1.2~2.0，磷≤0.035，硫0.005，铬16.0~17.0，镍12.5~14.0，钼1.9~2.4，钛≤0.010，铌≤0.010，铝≤0.010，钒V≤0.08，铜≤0.10，钴≤0.10，锆≤0.010，硼≤0.001，氮0.030~0.080，余量为Fe和不可避免的杂质元素。本发明应用于先进超超临界锅炉。

Description

应用于先进超超临界锅炉的奥氏体耐热钢
技术领域：
本发明涉及一种应用于先进超超临界锅炉的奥氏体耐热钢。
背景技术：
随着我国生产和生活水平的不断提高和进步，对电力的需求量越来越大。当前我国的总发电量约八成来自燃煤火力发电。提高发电效率达到节能减排、保护环境是未来火力发电的主要目标。因此，积极发展高效、节能、大容量、洁净环保、可靠性高的先进超超临界(A-USC)火力发电机组势在必行。为了满足锅炉在高温高压下稳定运行，研究开发一种新型奥氏体耐热钢材料，以解决高温长期组织稳定性问题，保证材料具有较高的高温时效韧性来追求其在锅炉机组上更稳定的综合使用性能。
发明内容：
本发明的目的是提供一种应用于先进超超临界锅炉的奥氏体耐热钢，高温时效韧性和应用于先进超超临界锅炉的奥氏体耐热钢，为了满足先进超超临界锅炉实际服役条件。
上述的目的通过以下的技术方案实现：
一种应用于先进超超临界锅炉的奥氏体耐热钢，其组成包括：碳、硅、锰、磷、硫、铬、镍、钼、钛、铌 、铝、钒、铜、钴、锆、硼、氮，碳的重量份数为0.04~0.08，硅的重量份数为≤0.5，锰的重量份数为1.2~2.0，磷重量份数为≤0.035，硫的重量份数为0.005，铬的重量份数为16.0~17.0，镍的重量份数为12.5~14.0，钼的重量份数为1.9~2.4，钛的重量份数为≤0.010，铌的重量份数为≤0.010，铝的重量份数为≤0.010，钒的重量份数为V≤0.08，铜的重量份数为≤0.10，钴的重量份数为≤0.10，锆的重量份数为≤0.010，硼的重量份数为≤0.001，氮的重量份数为0.030~0.080，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
所述的应用于先进超超临界锅炉的奥氏体耐热钢，碳的重量份数为0.04，硅的重量份数为≤0.5，锰的重量份数为1.2，磷重量份数为≤0.035，硫的重量份数为0.005，铬的重量份数为16.0，镍的重量份数为12.5，钼的重量份数为1.9，钛的重量份数为≤0.010，铌的重量份数为≤0.010，铝的重量份数为≤0.010，钒的重量份数为V≤0.08，铜的重量份数为≤0.10，钴的重量份数为≤0.10，锆的重量份数为≤0.010，硼的重量份数为≤0.001，氮的重量份数为0.030，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
所述的应用于先进超超临界锅炉的奥氏体耐热钢，碳的重量份数为0.08，硅的重量份数为≤0.5，锰的重量份数为2.0，磷重量份数为≤0.035，硫的重量份数为0.005，铬的重量份数为17.0，镍的重量份数为14.0，钼的重量份数为2.4，钛的重量份数为≤0.010，铌的重量份数为≤0.010，铝的重量份数为≤0.010，钒的重量份数为V≤0.08，铜的重量份数为≤0.10，钴的重量份数为≤0.10，锆的重量份数为≤0.010，硼的重量份数为≤0.001，氮的重量份数为0.080，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
所述的应用于先进超超临界锅炉的奥氏体耐热钢，碳的重量份数为0.06，硅的重量份数为≤0.5，锰的重量份数为1.6，磷重量份数为≤0.035，硫的重量份数为0.005，铬的重量份数为16.5，镍的重量份数为13.0，钼的重量份数为2.1，钛的重量份数为≤0.010，铌的重量份数为≤0.010，铝的重量份数为≤0.010，钒的重量份数为V≤0.08，铜的重量份数为≤0.10，钴的重量份数为≤0.10，锆的重量份数为≤0.010，硼的重量份数为≤0.001，氮的重量份数为0.050，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
所述的应用于先进超超临界锅炉的奥氏体耐热钢，热处理工艺为固溶处理，固溶温度为1040~1080℃，保温时间按1小时/25毫米，冷却方式为水冷。
所述的应用于先进超超临界锅炉的奥氏体耐热钢，化学成分在满足上述的基础上，还应同时符合以下公式的规定：组织平衡参数=Nieq+11.6-1.36×Creq≥2.5，其中：Nieq=30（C+N）+0.5Mn+Ni；Creq=1.5Si+Cr+Mo+0.5Nb。
本发明的有益效果：
1.本发明应用于先进超超临界锅炉的奥氏体耐热钢，在化学成分的设计上，进一步控制组织平衡参数，控制了奥氏体形成元素Ni、Mn、C以及铁素体形成元素Cr、Si、Mo的含量，严格控制与脆化有关的元素。
2.本发明的奥氏体耐热钢的成分改进特点考虑了如下因素：
碳：过量的碳，将使合金的韧性下降并影响焊接性能。为此，碳含量限定为0.04~0.08%。
硅：过量的硅会促进脆性相的形成，因此，硅含量控制在0.5%以下。
锰：是钢中一种不可避免的常存杂质元素。对塑性不利, 但也有一定稳定奥氏体的作用，本发明要求Mn控制在1.2~2.0%。
磷和硫：对焊接有影响，并且可能加速脆化。因此，P和S含量分别应不超过0.035%和0.005%。
铬：提高抗氧化性主要元素。然而，铬含量过高，为了形成稳定的奥氏体结构并抑制高温下长时间之后脆性相的形成，必须增加镍含量。综合考虑，铬含量限制在16.0~17.0%。
镍：是确保形成稳定的奥氏体结构的主要元素。奥氏体结构的稳定性主要取决于铁氧体稳定剂如铬、硅、钛和铌以及奥氏体稳定剂如镍、碳和氮的相对量。为了抑制高温下长时间之后脆性相的形成，镍含量限制在12.5~14.0%。
钼：能提高高温强度，然而却加速脆性相的形成。为此，钼含量控制在1.9~2.4%。
钴：为一种稳定奥氏体元素，加入钴可以抑制脆性相的形成。为此，本发明适当添加钴，控制在0.10%以下。
硼：一种强化晶界有效的微量有利元素。硼偏聚晶界一方面能控制晶界碳化物的形貌，另一方面硼有强化晶界的作用而增加钢的持久强度。但是过量的会产生过多的硼化物共晶反而削弱晶界结合力。因此，B的加入要适量,本发明中的含量要控制在≤0.001%范围内。
氮：可提高高温强度并稳定奥氏体相。为此，氮含量控制在0.030-0.080%。
铌：具有一定的固溶强化作用但主要是与C和N形成的析出相而产生良好的强化效果。
3.本发明一方面规定组织平衡参数，控制了奥氏体和铁素体的形成元素；另一方面加入抑制脆性相的形成元素。据此防止了长期运行后产生脆性相等缺点，发明奥氏体耐热钢具有优异的组织稳定性。
附图说明：
图1 是奥氏体耐热钢长时间高温时效后光镜组织照片。
图2 是奥氏体耐热钢长时间高温时效后高分辨电镜照片。
具体实施方式：
实施例1：
一种应用于先进超超临界锅炉的奥氏体耐热钢，其组成包括：碳、硅、锰、磷、硫、铬、镍、钼、钛、铌 、铝、钒、铜、钴、锆、硼、氮，碳的重量份数为0.04~0.08，硅的重量份数为≤0.5，锰的重量份数为1.2~2.0，磷重量份数为≤0.035，硫的重量份数为0.005，铬的重量份数为16.0~17.0，镍的重量份数为12.5~14.0，钼的重量份数为1.9~2.4，钛的重量份数为≤0.010，铌的重量份数为≤0.010，铝的重量份数为≤0.010，钒的重量份数为V≤0.08，铜的重量份数为≤0.10，钴的重量份数为≤0.10，锆的重量份数为≤0.010，硼的重量份数为≤0.001，氮的重量份数为0.030~0.080，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
实施例2：
根据实施例1所述的应用于先进超超临界锅炉的奥氏体耐热钢，碳的重量份数为0.04，硅的重量份数为≤0.5，锰的重量份数为1.2，磷重量份数为≤0.035，硫的重量份数为0.005，铬的重量份数为16.0，镍的重量份数为12.5，钼的重量份数为1.9，钛的重量份数为≤0.010，铌的重量份数为≤0.010，铝的重量份数为≤0.010，钒的重量份数为V≤0.08，铜的重量份数为≤0.10，钴的重量份数为≤0.10，锆的重量份数为≤0.010，硼的重量份数为≤0.001，氮的重量份数为0.030，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
实施例3：
根据实施例1或2所述的应用于先进超超临界锅炉的奥氏体耐热钢，碳的重量份数为0.08，硅的重量份数为≤0.5，锰的重量份数为2.0，磷重量份数为≤0.035，硫的重量份数为0.005，铬的重量份数为17.0，镍的重量份数为14.0，钼的重量份数为2.4，钛的重量份数为≤0.010，铌的重量份数为≤0.010，铝的重量份数为≤0.010，钒的重量份数为V≤0.08，铜的重量份数为≤0.10，钴的重量份数为≤0.10，锆的重量份数为≤0.010，硼的重量份数为≤0.001，氮的重量份数为0.080，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
实施例4：
根据实施例1或2或3所述的应用于先进超超临界锅炉的奥氏体耐热钢，碳的重量份数为0.06，硅的重量份数为≤0.5，锰的重量份数为1.6，磷重量份数为≤0.035，硫的重量份数为0.005，铬的重量份数为16.5，镍的重量份数为13.0，钼的重量份数为2.1，钛的重量份数为≤0.010，铌的重量份数为≤0.010，铝的重量份数为≤0.010，钒的重量份数为V≤0.08，铜的重量份数为≤0.10，钴的重量份数为≤0.10，锆的重量份数为≤0.010，硼的重量份数为≤0.001，氮的重量份数为0.050，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
实施例5：
根据实施例1或2或3或4所述的应用于先进超超临界锅炉的奥氏体耐热钢，热处理工艺为固溶处理，固溶温度为1040~1080℃，保温时间按1小时/25毫米，冷却方式为水冷。
实施例6：
根据实施例1或2或3或4或5所述的应用于先进超超临界锅炉的奥氏体耐热钢，化学成分在满足上述的基础上，还应同时符合以下公式的规定：组织平衡参数=Nieq+11.6-1.36×Creq≥2.5，其中：Nieq=30（C+N）+0.5Mn+Ni；Creq=1.5Si+Cr+Mo+0.5Nb。
本发明中奥氏体钢成分范围如表1所示。
表1 发明耐热钢和实施例中耐热钢化学成分：
其中组织平衡参数=3.8＞2.5
表2 为本发明钢种长期高温时效后钢管的低温（0℃）冲击吸收能量。
图1 是奥氏体耐热钢长时高温时效（10000h）后光镜组织照片，晶粒内部开始出现析出物，但析出物尺寸较小。
图2是奥氏体耐热钢长时高温时效（10000h）后高分辨电镜照片，晶界内和晶界上的析出物主要是M23C6和MC，无脆性相析出。
实施例结果表明，发明奥氏体耐热钢长时高温下组织稳定性良好，材料的各项性能基本保持稳定，无明显弱化。可将其作为高效超超临界锅炉过热器、再热器用材。

Claims (6)

1.一种应用于先进超超临界锅炉的奥氏体耐热钢，其组成包括：碳、硅、锰、磷、硫、铬、镍、钼、钛、铌、铝、钒、铜、钴、锆、硼、氮，其特征是：
碳的重量份数为0.04~0.08，硅的重量份数为≤0.5，锰的重量份数为1.2~2.0，磷重量份数为≤0.035，硫的重量份数为0.005，铬的重量份数为16.0~17.0，镍的重量份数为12.5~14.0，钼的重量份数为1.9~2.4，钛的重量份数为≤0.010，铌的重量份数为≤0.010，铝的重量份数为≤0.010，钒的重量份数为V≤0.08，铜的重量份数为≤0.10，钴的重量份数为≤0.10，锆的重量份数为≤0.010，硼的重量份数为≤0.001，氮的重量份数为0.030~0.080，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
2.根据权利要求1所述的应用于先进超超临界锅炉的奥氏体耐热钢，其特征是：碳的重量份数为0.04，硅的重量份数为≤0.5，锰的重量份数为1.2，磷重量份数为≤0.035，硫的重量份数为0.005，铬的重量份数为16.0，镍的重量份数为12.5，钼的重量份数为1.9，钛的重量份数为≤0.010，铌的重量份数为≤0.010，铝的重量份数为≤0.010，钒的重量份数为V≤0.08，铜的重量份数为≤0.10，钴的重量份数为≤0.10，锆的重量份数为≤0.010，硼的重量份数为≤0.001，氮的重量份数为0.030，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
3.根据权利要求1或2所述的应用于先进超超临界锅炉的奥氏体耐热钢，其特征是：碳的重量份数为0.08，硅的重量份数为≤0.5，锰的重量份数为2.0，磷重量份数为≤0.035，硫的重量份数为0.005，铬的重量份数为17.0，镍的重量份数为14.0，钼的重量份数为2.4，钛的重量份数为≤0.010，铌的重量份数为≤0.010，铝的重量份数为≤0.010，钒的重量份数为V≤0.08，铜的重量份数为≤0.10，钴的重量份数为≤0.10，锆的重量份数为≤0.010，硼的重量份数为≤0.001，氮的重量份数为0.080，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
4.根据权利要求1或2或3所述的应用于先进超超临界锅炉的奥氏体耐热钢，其特征是：碳的重量份数为0.06，硅的重量份数为≤0.5，锰的重量份数为1.6，磷重量份数为≤0.035，硫的重量份数为0.005，铬的重量份数为16.5，镍的重量份数为13.0，钼的重量份数为2.1，钛的重量份数为≤0.010，铌的重量份数为≤0.010，铝的重量份数为≤0.010，钒的重量份数为V≤0.08，铜的重量份数为≤0.10，钴的重量份数为≤0.10，锆的重量份数为≤0.010，硼的重量份数为≤0.001，氮的重量份数为0.050，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
5.根据权利要求4所述的应用于先进超超临界锅炉的奥氏体耐热钢，其特征是：热处理工艺为固溶处理，固溶温度为1040~1080℃，保温时间按1小时/25毫米，冷却方式为水冷。
6.根据权利要求5所述的应用于先进超超临界锅炉的奥氏体耐热钢，其特征是：化学成分在满足上述的基础上，还应同时符合以下公式的规定：组织平衡参数=Nieq+11.6-1.36×Creq≥2.5，其中：Nieq=30（C+N）+0.5Mn+Ni；Creq=1.5Si+Cr+Mo+0.5Nb。
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