一种高持久强度奥氏体耐热钢制造技术

一种高持久强度奥氏体耐热钢，属于耐热钢技术领域。化学成分重量百分含量为：C：0.07~0.13%，Si≦0.3%，Mn≤1%，P≤0.045%，S≤0.03%，Al≤0.02%，Cr：17~19%，Ni：7.5~10.5%，V：0.05~0.50%，Cu：2.5~3.5%，Nb：0.2~0.6%，N：0.05~0.12%，Mo：0.10~0.50%，Fe：余量。优点在于，与现有技术相比，调整Mn、Ni、Al的成分范围，添加少量的V、Mo元素，成本提高不大，但持久强度显著提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于耐热钢
，特别是提供了一种奥氏体耐热钢，适用于电站中在高温高压或和汽腐蚀环境中的锅炉用钢管。
技术介绍
我国经济高速发展，资源和能源已成为制约发展的瓶颈。提高蒸汽参数与发展大容量机组相结合是提高常规火电厂效率及降低单位容量造价最有效的途径，因此发展超临界和超超临界火电机组对降低成本，节省煤炭资源、减少污染具有重大而长远的意义。超临界及超超临界机组的发展与耐热钢材料的发展是密切相关的。要实现更高蒸汽参数下机组的可靠运行，必须研究开发适应于高蒸汽参数的强度更高、性能更可靠的耐热钢。在现有的技术中，工作在高温高压或蒸汽腐蚀环境中的锅炉材料，可分为三大类：铁素体耐热钢、奥氏体耐热钢以及镍基合金。铁素体系耐热钢虽然具有导热系数大且膨胀系数小的优点，但是当蒸汽温度超过650℃，铁素体耐热钢组织稳定性变差，性能急剧下降，不能适应更高蒸汽参数的部件的制造。镍基合金成本较高，只能用于温度更高的先进超超临界机组。因此，具有高温组织稳定性好、高温强度、高温持久强度特征的奥氏体系耐热钢受到重视并得到了发展。随着电站锅炉参数的不断提高，要求高温承压件具备更高的高温持久强度，抗蒸汽氧化和耐烟气腐蚀性能。S30432是由日本住友金属株式会社和三菱重工共同开发的较为成功的奥氏体耐热钢，主要用作过热器和再热管道，由于电站材料长期暴露于高温高压蒸汽环境中，对该类材料的抗高温蒸汽腐蚀和高温持久强度提出了更高要求。为提高电厂运行的安全性，一般使过热器和再热器管壁厚度较大，这不但导致换热效率降低，而且还会因为奥氏体钢的膨胀系数大引发其它问题。因此，提高S30432钢高温性能，是函待解决的问题。S30432钢是在TP304H的基础上，通过降低Mn含量上限，加入约3%的铜、0.45%铌和微量的氮获得。该钢被纳入ASMECodeCase2328-1,该标准要求成分(wt%)为:C:0.07-0.13%，Si：≦0.3%，Mn≤1%，P≤0.045%，S≤0.03%，Al≤0.02%，Cr：17~19%，Ni：7.5~10.5%，Cu：2.5~3.5%，Nb：0.2~0.6%，N：0.05~0.12%，Fe：余量。该钢在服役运行时产生细小弥散的富铜相，Nb(C,N)、M23C6和NbCrN，从而达到高温强度、高温塑性及抗高温氧化的最佳组合。但是，这种钢经过高温长期服役或长时时效后，析出相发生长大，持久强度降低。其中，粗大的Z相(NbCrN)是由于持久和时效过程中Cr扩散至MX型析出相中形成，使得持久强度减弱。因此，设法抑制富铜相和Nb(C,N)的长大、抑制粗大的Z相(NbCrN)的形成对改善S30432钢的持久强度十分有效。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有更高持久强度的奥氏体耐热钢材料。根据本专利技术的目的，本专利技术所提出的具有更高持久强度的奥氏体耐热钢材料，是以S30432奥氏体耐热钢为基础，通过调整优化S30432钢的成分，增添合适的合金元素，使其提高高温持久强度，其化学成分如下:本专利技术的化学成分重量百分含量为：C：0.07~0.13%，Si≦0.3%，Mn≤1%，P≤0.045%，S≤0.03%，Al≤0.02%，Cr：17~19%，Ni：7.5~10.5%，V：0.05~0.50%，Cu：2.5~3.5%，Nb：0.2~0.6%，N：0.05~0.12%，Mo：0.10~0.50%，Fe：余量。根据上述目的本专利技术采用在S30432耐热钢的基础上，通过添加V和Mo元素，调整Mn、Ni、Al的成分范围，实现了显著提高高温持久强度的目的。奥氏体耐热钢通常采用固溶强化、沉淀强化和晶界强化三种强化方式。上述专利技术技术方案的工艺原理是通过V元素固溶强化、V元素促使细小析出相析出的析出强化、Mo元素抑制MX相长大，Mn、Ni、Al元素抑制富铜相的长大共同作用。固溶V为了降低位错能将会偏聚在亚晶界。由于V的扩散速度非常慢，堆积的位错被强烈地钉扎在亚晶界处，位错增殖速率高，对位错的滑移、攀移及亚晶界的迁移阻碍作用更强，继而起到强化作用。由于细小的析出相数量增加，这些细小的析出相对位错和孪晶界有强烈的钉扎作用，长时间蠕变后仍能有效的锁固位错的攀移，从而很好的提高高温强度。高温保温状态下，由于Mo偏聚到碳氮化物/奥氏体界面，阻止了C、N、Nb和V原子从奥氏体基体向碳氮化物中扩散，所以碳氮化物在整个过程中并未发生明显的长大。另外，通过调整Mn、Ni、Al、的成分范围，抑制富铜相的长大。富铜团簇中除Cu外，Mn和Ni在团簇内部以及和基体金属的界面处发生明显的富集。因此，当富铜相长大时，必然要排斥Mn、Ni和Al原子，使得富铜相长大缓慢。根据上述目的和工艺原理本专利技术的技术方案为：在S30432奥氏体耐热钢化学成分的基础上，添加少量的V和Mo元素，调整Mn、Ni、Al的成分范围，在相同的热处理工艺下，新的耐热钢的高温持久强度可以显著提高。本专利技术与现有技术相比，添加少量的V、Mo元素，调整Mn、Ni、Al的成分范围，成本提高不大，但高温持久强度显著提高。附图说明图1为现有技术钢种序号1#的透射电镜图。图2为本专利技术实施例序号3#的透射电镜图。图3为现有技术钢种序号1#在650℃持久后178h后的扫描电镜图。图4为现有技术钢种序号1#在650℃持久后662h后的扫描电镜图。图5为本专利技术实施例序号3#在650℃持久后369h后的扫描电镜图。图6为本专利技术实施例序号3#在650℃持久后1004h后的扫描电镜图。图7为本专利技术实施例序号3#在650℃持久后369h后Z相的透射电镜图。图8为本专利技术实施例序号3#在650℃持久后1004h后Z相的透射电镜图。图9为本专利技术实施例序号3#在650℃持久后1004h后Z相的暗场像图。图10为本专利技术实施例序号3#在650℃持久后1004h后，析出相Z相的衍射斑点图。具体实施方式试验料选用在S30432奥氏体不锈钢化学成分标准的基础上，添加0.18%的V，0.32%的Mo，调整Mn、Ni、Al的成分范围，采用化学成分见表1。上述列表中序号3#为本专利技术实施例，2#为在现有技术上添加Mo元素的钢种，1#为现有技术的钢种。实施例1：分别从1#和2#钢所制钢管上切取高温持久试样，分别在650℃280Mpa、650℃220Mpa条件下进行持久实验。实验结果如表2所示，可以看出相同应力下2#钢例断裂时间更长，说明添加Mo元素能够增加持久强度。实施例2分别从1#和3#钢所制钢管上切取高温持久试样，分别在650℃280Mp本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高持久强度奥氏体耐热钢，其特征在于，该耐热钢化学成分的重量百分含量为：C：0.07~0.13%，Si≦0.3%，Mn≤1%，P≤0.045%，S≤0.03%，Al≤0.02%，Cr：17~19%，Ni：7.5~10.5%，V：0.05~0.50%，Cu：2.5~3.5%，Nb：0.2~0.6%，N：0.05~0.12%，Mo：0.10~0.50%，Fe：余量。

【技术特征摘要】
1.一种高持久强度奥氏体耐热钢，其特征在于，该耐热钢化学成分的重量百分含量为：
C：0.07~0.13%，Si≦0.3%，Mn≤1%，P≤0.045%，S≤0.03%，Al≤0.02%，Cr：1...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱丽慧，李彬彬，翟国丽，王起江，周任远，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31