CN1958829A

CN1958829A - 一种抗晶间腐蚀耐热钢及其制备方法

Info

Publication number: CN1958829A
Application number: CN 200610113165
Authority: CN
Inventors: 程世长; 刘正东; 杨钢; 包汉生; 林肇杰; 李密; 王立民
Original assignee: Central Iron and Steel Research Institute
Current assignee: Central Iron and Steel Research Institute
Priority date: 2006-09-18
Filing date: 2006-09-18
Publication date: 2007-05-09

Abstract

本发明属于合金钢的制造技术领域。特别适合制备火电机组的高压炉锅炉钢中抗晶间腐蚀用奥氏体耐热合金钢及其该耐热钢的制备方法。该抗晶间腐蚀耐热钢的成分重量％为：C 0.058－0.086；Si≤3％；Mn 0.5－0.9％；P≤0.04％；S≤0.03％；Cr 17.0－19.0％；Ni 7.5－10.5；Cu 2.5－3.5；Nb 0.3－0.7％；N 0.09－0.12％；B 0.001－0.010％；Al 0.003－0.03％；其余为Fe。该钢的制备方法是经炼钢，和1100℃的开锻与不能低于900℃终锻后再进行固溶热处理，最终固溶热处理的控制温度为1100－1200℃/快冷十650℃/2h冷却至室温。采用本发明抗晶间腐蚀耐热钢及其制备方法与现有技术耐热钢相比较具有成分设计合理，制备工艺简单、稳定，并且不产生晶间腐蚀，或有效的消除在产品中产生晶间腐蚀的现象。

Description

一种抗晶间腐蚀耐热钢及其制备方法

所属领域

本发明属于合金钢的制造技术领域。特别适合制备火电机组的高压炉锅炉钢中抗晶间腐蚀用奥氏体耐热合金钢及其该耐热钢的制备方法。

背景技术

在现有技术中，10Cr18Ni9Cu3NbNB奥氏体耐热钢在火电机组中使用，是属于高档的高压锅炉用钢材。目前，在我国新建的火电厂中也同样是选择该钢种在超/超超临界机组中广泛使用。该10Cr18Ni9Cu3NbNB钢种是ASMESA213Code Case2328-1中的S30432钢号，其具体成分重量％是：C 0.07-0.13％；Si≤0.3％；Mn≤1.0；P≤0.040％；S≤0.03％；Cr 17.0-19.0％；Ni 7.5-10.5％；Cu 2.5-3.5％；Nb 0.3-0.6％；N 0.05-0.12％；B 0.001-0.010％；Al 0.003-0.03％；其余为Fe。由于在ASME SA213中CC2328-1中S30432钢号均是采纳的ASTMA213/A213M中UNS30432钢号，而在该标准的补充技术条件中要求有晶间腐蚀A262中E项。在我国冶金厂所生产的钢管中，由于过去未要求有晶间腐蚀检验，所以使钢管产品成为存在有内部隐患的合格品。目前，各项工程为保证设计时的安全性、设备运行正常和使用的可靠性，都要求所用关键钢材必须通过晶间腐蚀试验，即GB43345中E法(硫酸+硫酸铜+铜试验方法)。而目前生产中10Cr18Ni9Cu3NbNB奥氏体耐热钢普遍是不能通过GB43345中E法的晶间腐蚀检验。

发明内容

本发明的目的是提出一种成分设计合理，并且能消除产品内部晶间腐蚀现象的抗晶间腐蚀耐热钢及其该耐热钢的制备方法。

根据本发明目的所提出的抗晶间腐蚀耐热钢，是针对现有技术10Cr18Ni9Cu3NbNB奥氏体耐热钢在成分中，由于钢中元素的含量范围较宽，该钢虽然能够满足材料的使用力学性能要求，但不能满足材料内部的抗晶间腐蚀设计要求。因此我们是根据现有技术材料中的不足之处所提出本发明，其抗晶间腐蚀耐热钢的原理是：奥氏体耐热钢在高温条件下析出M₂₃C₆型碳化物，主要是Cr₂₃C₆碳化物在晶界上析出，造成晶界及附近的贫Cr区而引起晶界上的抗腐蚀性能弱化，容易造成晶界腐蚀的发生。根据这一基本原理，我们所提出的抗晶间腐蚀耐热钢，其主要在于设计成分控制钢中的C、N、Nb元素的同时，控制钢材的最终热处理制度，以保证钢管供货状态不产生晶间腐蚀。

我们根据上述原理设计的本发明抗晶间腐蚀耐热钢，其特征在于该钢的具体化学成分重量％为：C 0.058-0.086％；Si≤0.3％；Mn 0.5-1.0％；P≤0.04％；S≤0.03％；Cr 17.0-19.0％；Ni 7.5-10.5；Cu 2.5-3.5；Nb 0.3-0.7％；N 0.09-0.12％；B 0.001-0.010％；Al 0.003-0.03％；其余为Fe。

由于本发明抗晶间腐蚀耐热钢是针对现有技术10Cr18Ni9Cu3NbNB奥氏体耐热钢的成分进行适量调整，在本发明耐热钢成分中各合金元素的作用：钢中的C能与Cr形成Cr₂₃C₆型碳化物，该碳化物有提高本发明钢的强度效果，C元素还能与本发明钢中的Nb元素形成NbC以提高钢的强度，并且还能与N元素共同形成Nb(C，N)相，由于Nb(C、N)是细小的纳米级析出相，这祥不仅有提高本发明钢的强度效果，而且还能使本发明钢在长时期高温下仍然保持足够的持久强度性能。本发明的成分，C 0.058-0.086％；而Nb和N分别为Nb 0.3-0.7％；N 0.09-0.12％；。通过试验，当C含量高时，则该钢基体容易出现晶间腐蚀，当C含量低时，通过适当热处理不会出现晶间腐蚀，因此在本发明的抗晶间腐蚀耐热钢成分中C含量为0.058-0.086％。另外N元素在本发明钢的成分中是补充C与Nb共同形成细小的纳米级析出相，目的是提高本发明钢在高温下保持有足够强的力学性能，因此N含量限制较苛刻为N 0.09-0.12％；。由于本发明钢的成分设计是采取低碳、高氮和控制加入适量铌的方案，所以在本发明钢中减少Cr₂₃C₆碳化物形成量，而其他元素的作用与现有奥氏体耐热钢成分设计相似。因此，在本发明钢的成分中，按设计要求调整C、Nb、N元素的匹配含量，是保证本发明钢有足够的长时的高温强度，和具备良好的抗晶间腐蚀性能的重要手段之一。

本发明抗晶间腐蚀耐热钢的制备方法与现有技术方法的相同之处是：炼钢十锻造和轧制十固溶热处理。炼钢是在电炉中进行，锻造是将钢锭加热到1100℃后进行开锻，终锻温度不能低于900℃。本发明抗晶间腐蚀耐热钢的制备方法特征在于最终固溶热处理温度控制在1100-1200℃/15-23℃/s快冷十650℃/2h冷却至室温。快冷速度为每秒降温15-23℃。

采用本发明抗晶间腐蚀耐热钢及其制备方法与现有技术奥氏体耐热钢相比较，本发明钢及方法具有成分设计合理，制备工艺简单、稳定，并且可以不产生晶间腐蚀，或有效的消除在产品中产生晶间腐蚀的现象。

具体实施方案

根据本发明所提出的抗晶间腐蚀耐热钢及其制备方法，我们依据本发明耐热钢的成分范围共做了六组试验和两组对比试验。实施例试验耐热钢的生产均是采用电炉进行冶炼，然后将钢锭于1100℃进行开锻，终锻温度高于900℃。本发明实施例与现有技术对比结果均列入下表。表1为本发明实施例抗晶间腐蚀耐热钢与对比钢S30432成分的比较；表2为本发明实施例抗晶间腐蚀耐热钢的固溶处理工艺及晶间腐蚀试验结果；表3为本发明实施例抗晶间腐蚀耐热钢的室温、高温力学性能。在上述对比表中序号1-6为本发明抗晶间腐蚀耐热钢，序号7为现有技术的S30432(ASME)钢，序号8为与现有技术的S30432(ASME)钢相似钢。序号7、8均为有晶间腐蚀的耐热钢，序号7为S30432(ASME)标准的钢，而序号8成分中Nb含量高于S30432(ASME)标准钢。而本发明钢主要以调整成分中C、Nb含量的比例和固溶处理艺来解决该钢的抗晶间腐蚀效果。

表1为本发明实施例抗晶间腐蚀耐热钢与对比钢成分重量％的比较；

表2为本发明工艺制备的抗晶间腐蚀钢及晶间腐蚀试验对比结果

表3本发明实施例抗晶间腐蚀耐热钢的室温、高温力学性能。

Claims

1、一种抗晶间腐蚀耐热钢，其特征在于该钢的具体化学成分重量％为：C0.058-0.086；Si≤3％；Mn 0.5-0.9％；P≤0.04％；S≤0.03％；Cr 17.0-19.0％；Ni 7.5-10.5；Cu 2.5-3.5；Nb 0.3-0.7％；N 0.09-0.12％；B 0.001-0.010％；Al0.003-0.03％；其余为Fe。

2、一种成分重量％为：C 0.058-0.086；Si≤3％；Mn 0.5-0.9％；P≤0.04％；S≤0.03％；Cr 17.0-19.0％；Ni 7.5-10.5；Cu 2.5-3.5；Nb 0.3-0.7％；N0.09-0.12％；B 0.001-0.010％；Al 0.003-0.03％；其余为Fe的抗晶间腐蚀耐热钢的制备方法，该钢的冶练是在电炉中进行，锻造是将钢锭加热到1100℃后进行开锻，终锻温度不能低于900℃，其特征在于最终固溶热处理温度控制在1100-1200℃/快冷十650℃/2h冷却至室温。

3、根据权利要求2所述抗晶间腐蚀耐热钢的制备方法，其特征在于控制在1100-1200℃/快冷是指冷却速度为每秒降温15-23℃。