一种马氏体耐热钢制造技术

本发明专利技术涉及一种马氏体耐热钢，其在15Cr12WMoV马氏体耐热钢标准成分基础上，添加Nb元素、增加Mo元素含量，还添加有Cu、Co元素，且降低W元素含量，按质量百分比计，其成分为：C：0.12~0.15%，Cr:12~13%，Mo:0.8~1.2%，W:0.3~0.5%，V:0.1~0.2%,Co:0.03~0.05%，Mn:0.4~0.6%，Cu：0.05~0.1%，Si：0.3~0.5%，Ni：0.4~0.6%，Nb：0.1~0.2%，P≤0.02%，S≤0.01%，余量为铁及其他不可避免的杂质元素。本发明专利技术的目的在于通过对15Cr12WMoV型马氏体耐热钢进行优化，提供一种硬度、强度、韧性等综合性能优良的15Cr12WMoV‑X型马氏体耐热钢。

【技术实现步骤摘要】
一种马氏体耐热钢
本专利技术涉及铁的冶金领域，特别是一种马氏体耐热钢。
技术介绍
我国煤电发电量占发电总量八成左右，主要发电设备为超临界、超超临界发电机组，近年来用电消耗和环境污染急速增长，迫切需要高效率发电技术，而发电机组要追求更高的效率，则要求对高温耐热材料的研发投入更多精力；同时对于航空器涡轮增压涡壳等，因服役条件较苛刻，也对材料的性能有较大要求。高温耐热材料主要分为铁素体/马氏体耐热钢和奥氏体耐热钢两类，奥氏体耐热钢主要用于锅炉的蒸汽管和交换气管等，但是由于奥氏体耐热钢本身的热物理性能（热膨胀系数较大，易引起疲劳开裂），限制了其应用范围，且成本较高。而铁素体/马氏体耐热钢没有上述问题，所以开发高性能的铁素体/马氏体耐热钢是生产发电机组部件、航空器涡轮增压涡壳等的主要途径。15Cr12WMoV（旧牌号1Cr12WMoV）马氏体耐热钢性能较良好，广泛用作多种发电机组部件、叶片材料以及航空器涡轮增压涡壳等，但随社会的进步及工业的快速发展，现有的马氏体耐热钢已经不能满足未来大容量和高参数超临界、超超临界发电技术及航空器等的需求，如硬度、强度、韧性等，目前迫切需要对其更进一步地研究开发，以追求更高的综合性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于通过对15Cr12WMoV型马氏体耐热钢进行优化，提供一种硬度、强度、韧性等综合性能优良的15Cr12WMoV-X型马氏体耐热钢。本专利技术的技术方案为：一种马氏体耐热钢，其在15Cr12WMoV马氏体耐热钢标准成分基础上，添加Nb元素、增加Mo元素含量，另外还添加有Cu、Co元素，且降低W元素含量，按质量百分比计，其成分为：C：0.12~0.15%，Cr:12~13%，Mo:0.8~1.2%，W:0.3~0.5%，V:0.1~0.2%,Co:0.03~0.05%，Mn:0.4~0.6%，Cu：0.05~0.1%，Si：0.3~0.5%，Ni：0.4~0.6%，Nb：0.1~0.2%，P0.02%，S0.01%，余量为铁及其他不可避免的杂质元素。特别地，所述马氏体耐热钢按质量百分比计成分为：C：0.13%，Cr:12%，Mo:1.01%，W:0.36%，V:0.18%,Co:0.03%，Mn：0.43%，Cu：0.06%，Si：0.34%，Ni：0.59%，Nb：0.15%，P：0.018%，S：0.007%，余量为铁及其他不可避免的杂质元素。该马氏体耐热钢的布氏硬度HB为223~238，抗拉强度Rm为760~800MPa，屈服强度R0.2为600~630MPa，断后伸长率A为22~26%，断面收缩率Z为55~60%，冲击功吸收功Ekv2为50~55J。本专利技术的有益效果在于：首先，根据相关材料的研究表明，添加Nb，增加Mo元素、降低W元素含量作用如下：这三种均为铁素体形成元素，Nb能在马氏体耐热钢中形成细小的碳氮化物，起沉淀强化作用，提高钢的高温强度；Mo通过固溶强化及其形成的碳化物的弥散强化，提高合金再结晶温度和热强性；W通过固溶强化，阻止马氏体回复，促进M23C6生成，长期高温服役下促进Laves相在晶界和亚晶界生长，提高抗蠕变强度，但当W含量过高Laves相会迅速聚集长大，失去钉扎作用，且消耗基体中的起固溶强化的W、Cr等，降低固溶强化效果，同时考虑到铁素体形成元素过多易使高温铁素体保留到室温，故降低了W元素含量，以保证钢的强度、硬度。然后，当上述铁素体形成元素成分设计后，添加Cu、Co等奥氏体形成元素思路如下：尽管上述铁素体形成元素设计经过充分考虑，但铁素体相对于基体是软化相，故要求前者量不能过多，因此通过添加奥氏体形成元素来平衡：Co、Cu作为强奥氏体形成元素，可明显加宽奥氏体相区，有效抑制软相铁素体相生成，保证钢的强度和硬度；同时对马氏体耐热钢，还要求室温时尽量多的马氏体组织，马氏体相本就是碳在-Fe中的过饱和固溶体，有较高的强度和硬度，而Co作为为数不多的、提高马氏体转变温度MS点的元素，能保证热处理中马氏体转变更容易，为获得全马氏体组织提供充分条件，进一步确保钢高的强度和硬度。最后，由于铁素体、奥氏体形成元素的平衡，使最终得到的几乎为全马氏体组织（质量分数>99%），铁素体相量少，且弥散分布在马氏体基体上起强化作用，同时已有研究表明，这种情况下能够降低材料韧脆转变温度，提高钢的韧性。附图说明图1为1#马氏体耐热钢试样组织的SEM图。图2为1#马氏体耐热钢试样拉伸断面SEM图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。按质量百分比计，标准（GB/T1221-2007）15Cr12WMoV马氏体耐热钢成分范围、本专利技术中15Cr12WMoV-X钢成分范围、实施例中15Cr12WMoV-X钢（记为1#钢）成分如下。标准15Cr12WMoV马氏体耐热钢成分范围：C：0.12~0.18%，Cr:11~13%，Mo:0.5~0.7%，W:0.7~1.1%，V:0.15~0.3%，Mn:0.5~0.9%，Si：0~0.5%，Ni：0.4~0.8%，P0.035%，S0.03%，余量为铁。本专利技术中15Cr12WMoV-X钢成分范围：C：0.12~0.15%，Cr:12~13%，Mo:0.8~1.2%，W:0.3~0.5%，V:0.1~0.2%,Co:0.03~0.05%，Mn:0.4~0.6%，Cu：0.05~0.1%，Si：0.3~0.5%，Ni：0.4~0.6%，Nb：0.1~0.2%，P0.02%，S0.01%，余量为铁及其他不可避免的杂质元素。1#钢：C：0.13%，Cr:12%，Mo:1.01%，W:0.36%，V:0.18%,Co:0.03%，Mn：0.43%，Cu：0.06%，Si：0.34%，Ni：0.59%，Nb：0.15%，P：0.018%，S：0.007%，余量为铁及其他不可避免的杂质元素。将本专利技术中的钢按如下方法制备、热处理：（1）按合金成分比例，在真空感应炉中熔炼后浇注为铸锭，严格控制杂质含量；（2）将步骤（1）得到的坯体，进行950~1050℃保温0.5h后空冷的正火处理；（3）将步骤（2）得到的材料，进行700~750℃保温1h后空冷的回火处理。1#钢经过上述步骤处理后，取合适大小的试样，先用砂纸和抛光机进行打磨、抛光，再用苦味酸盐酸酒精溶液（苦味酸（g）＋盐酸（ml）＋酒精（ml），比例为4:5:100，腐蚀时间为10~30s）进行腐蚀，通过SEM（扫描电子显微镜）观察其显微组织，放大倍数5000倍，如图1所示。从图中看到，原奥氏体晶界明显，其内的保持板条马氏体位相的基体状况良好，原奥氏体晶界、板条界及基体上白色粒状物，大部分即为弥散分布的铁素体，对材料起到强化作用，保证强度、硬度。对1#钢试样进行布氏硬度HB测试，压痕直径取均值后，查表得到硬度值为229，结果在下方中示出。另外将经上述三个步骤得到的1#钢材料进行机械加工，分别制备得到拉伸试样和冲击试样，后再分别进行室温拉伸试验和冲击试验。试验后得到1#钢相关强度和韧性等的性能结果，在下方示出。表2，1#钢性能测试结果与标准（GB/T1221-2007）15Cr12WMoV马氏体耐热钢（表2中称标准刚）相关性能对比。布氏硬度HB抗拉强度Rm(N/mm2)屈服强本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种马氏体耐热钢，其在15Cr12WMoV马氏体耐热钢标准成分基础上，添加Nb元素、增加Mo元素含量，其特征在于，还添加有Cu、Co元素，且降低W元素含量，按质量百分比计，其成分为：C：0.12~0.15%，Cr:12~13%，Mo:0.8~1.2%，W:0.3~0.5%，V:0.1~0.2%, Co: 0.03~0.05%，Mn:0.4~0.6%，Cu：0.05~0.1%，Si：0.3~0.5%，Ni：0.4~0.6%，Nb：0.1~0.2%，P≤ 0.02%，S ≤0.01%，余量为铁及其他不可避免的杂质元素。

【技术特征摘要】
1.一种马氏体耐热钢，其在15Cr12WMoV马氏体耐热钢标准成分基础上，添加Nb元素、增加Mo元素含量，其特征在于，还添加有Cu、Co元素，且降低W元素含量，按质量百分比计，其成分为：C：0.12~0.15%，Cr:12~13%，Mo:0.8~1.2%，W:0.3~0.5%，V:0.1~0.2%,Co:0.03~0.05%，Mn:0.4~0.6%，Cu：0.05~0.1%，Si：0.3~0.5%，Ni：0.4~0.6%，Nb：0.1~0.2%，P≤0.02%，S≤0.01%，余量为铁及其他不可避免的杂质元素。2.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李丹，曾明，廖慧敏，王正云，栾道成，金应荣，
申请(专利权)人：西华大学，
类型：发明
国别省市：四川,51