具有良好抗氧化性的奥氏体不锈钢制造技术

提供了一种新的按如下分析组分的奥氏体不锈钢：Ｃ：＜０．１２，Ｓｉ：＜１．０，Ｃｒ：１６－２２，Ｍｎ：＜２．０，Ｎｉ：８－１４，Ｍｏ：＜１．０，Ｔｉ：＞４倍的Ｃ％（重量），并且＜０．８，或者Ｎｂ：８倍于Ｃ％（重量）并且＜１．０，Ｓ：＜０．０３，Ｏ：＜０．０３，Ｎ：＜０．０５，Ｌａ：≥０．０２和≤０．１１，余量为Ｆｅ和正常出现的杂质。该新型钢特别合于用作过热器钢和换热器钢。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及按照权利要求1的奥氏体不锈钢。在用作过热器钢方面，举例而言，诸如在常用燃媒锅炉中，它具有特别良好的抗氧化性。对被用于高温场合的材料，要求在升温下有良好的抗氧化和抗腐蚀性、强度以及结构稳定性。结构稳定性意指的是，在使用期间材料结构不应变坏，形成引起脆性的相。材料的选择要依赖于温度、载荷，以及必然考虑的费用而定。对本专利技术十分重要的在高温范围的抗氧化性意指的是，该材料在所受的环境之中的抗氧化能力。在氧化条件下，也即在包含有氧化气体(主要是氧和水蒸气)的气氛中，在该钢的表面生成氧化层。当该氧化层达到一定厚度，氧化物鳞片脱离该表面，即一种被称为起鳞的现象。由于起鳞，新的金属表面被曝置，这些表面也氧化。按此，由于钢不断地转变成氧化物的事实，其载荷能力逐步变坏。起鳞也产生其它问题。在过热器的管中，氧化物鳞片由蒸汽带出，并且，如果这些鳞片积累起来(例如，在弯头处)，可能会堵塞管中的蒸汽流动，并且，会因过热而引起破裂。再有，氧化物鳞片在透平机系统中可能会引起所谓的固体颗粒腐蚀。起鳞也可能会在锅炉中造成表现为低效率、难以预测的检修停运和高检修费用的大问题。起鳞问题较小可以使运行的锅炉有较高的蒸汽温度，它有助于提高动力经济性。按此，具有良好抗氧化性的材料所形成的氧化物，应当具有缓慢生长并对金属表面有强附结力的能力。材料所受的温度越高，氧化物的形成就越强烈。材料的抗氧化性的度量是所谓的起鳞温度。它被定义为，与氧化相关的材料损耗量等于某一定值(举例而言1.5g/m2·h)时的温度。提高抗氧化性的常用方法是添加铬，通过使材料产生一保护性氧化物层提高抗氧化性。在升温下，材料要受到蠕变变形。通过添加奥氏体稳定物质(诸如镍)所制得的奥氏体基质，由于极小二次相沉积(例如，碳化物)，对蠕变强度产生有利的影响。进入钢中铬的合金化增加了析出所谓σ相的趋势。如上所述，此点可通过添加奥氏体稳定化物质镍来抵消。锰和镍两者对该材料的结构稳定性都有正面影响。这些元件都起稳定奥氏体元素的作用，也即，它们抵消在操作期间造成脆性σ相的析出。通过与硫的结合，锰也提高了在焊接期间的抗热裂性(heatcheck resistance)。良好的可焊接性构成该材料的一个重要性质。18Cr-10Ni型奥氏体不锈钢具有这些性质的优良结合，因此，常常应用于高温场合。频繁使用的这类合金是SS2337(AISI321型)，相当于Sandvik8R30。该合金由于钛的添加具有良好的强度，并且具有良好抗腐蚀性能，所以多年以来它一直被用于例如动力厂过热器管一类材料中。然而，这种合金的弱点是有限的抗氧化性，形成了对工作寿命和最高使用温度的限制。苏联专利技术者证书SU1038377揭示了据称有抗应力腐蚀能力的合金钢，主要用于含氯环境。然而，这类问题主要与低温场合而不是与过热场合有关。它包含(按wt％)0.03-0.08C,0.3-0.8Si,0.5-1.0Mn,17-19Cr,9-11Ni,0.35-0.6Mo,0.4-0.7Ti,0.008-0.02N,0.01-0.2Ce,余两为Fe。此外，举例而言，它的抗热裂性和可焊接性也是不能令人满意的。按此，本专利技术的主要目的将是提供在高温场合、主要在一种蒸汽环境下具有非常良好的抗氧化性的18Cr-10Ni型钢，并因此有较长的寿命。本专利技术的第二个目的将是提供具有较高的最高使用温度的18Cr-10Ni型钢。按在权利要求1中所规定的分析组分提供的钢类，可以令人惊奇地达到上述和其它的目的。大体上，本专利技术是由经调整和改进的SS2337变种组成的，它的分析成分如下(％重量)C:0.04-0.08Si:0.3-0.7Mn:1.3-1.7P最大值0.040S最大值0.015Cr:17.0-17.8Ni:10.0-11.1Mo最大值0.7Ti最大值0.6Cu最大值0.6Nb最大值0.05N最大值0.050本专利技术的主要特点是，把稀土金属，即纯镧，添加到基本上相当于上述SS2337的合金中，然而，不同之点是其中某些元素的范围加宽了。纯镧的添加产生了在空气中和水蒸汽中令人惊异的优良的抗氧化性，并保持良好的强度和腐蚀性。广泛的研究已经表明，就氧化性和热加工性而言，该含量的最佳范围是0.02％(重量)＜La≤0.11％(重量)。不受任何基本理论之束缚，认为氧化性质的提高依赖于被溶解在钢中的稀土元素含量，因此，降低诸如S,O和N类元素含量是重要的。下面列举了每一元素优选选用范围碳与Ti一起给材料提供足够的蠕变强度。过高量会造成碳化铬沉积，产生两方面负效应a)碳化物在晶粒界面上的析出，增加了晶间腐蚀的危险，也即，该材料被敏化了。b)碳化铬与铬结合，会使材料抗氧化性变劣。由于这些原因，所选用的碳含量最大值为0.12％(重量)，优选的最大值为0.10％(重量)，特别是在0.04-0.08％(重量)。硅提供优良的可焊接性和可浇铸性。过高的硅含量会造成脆性。因此，适用的硅含量为最大值1.0％(重量)，优选的最大值为0.75％(重量)，特别是0.3-0.7％(重量)。铬提供优良抗腐和抗氧化性。然而，铬是铁素体稳定元素，由于产生所谓的σ-相，过高的铬含量会增加脆性的危险。由于这些原因，选用的铬含量范围在16-22％(重量)，优选范围在17-20％(重量)，特别是17-19％(重量)。锰对硫有高的亲和力，生成MnS。在制作时，这点改善了可加工性，并且在焊接时，提高了对热裂纹形成的抗性。再有，锰是奥氏体稳定剂，它对任何脆性起抵消作用。另一方面，Mn成为高合金成本的原因之一。由于这些理由，适用的锰含量的选定在最大值2.0％(重量)，优选的范围为1.3％-1.7％(重量)。镍是奥氏体稳定剂，添加镍以获得奥氏体结构，提高强度，抵消脆性。然而，镍形成高合金成本，这点与锰相同。由于这些理由，合适的镍含量范围选定在8-14％(重量)，优选范围为9.0-13.0％(重量)，特别是在9.5-11.5％(重量)。钼会促进脆性σ-相析出。因此，Mo的含量不应当超过1.0％(重量)。钛对碳有高亲和力，通过碳化物形成，提高蠕变强度，在固溶体中的钛也提供良好的蠕变强度。Ti与碳结合的事实也降低了在晶粒界面析出碳化铬(所谓敏化)的危险。另一方面，过高的钛含量会产生脆性。由于这些原因，Ti含量不应当低于碳含量的4倍，并且，不超过0.80％(重量)。另一可选择方法，可以用铌而不是用钛使该钢稳定化。按与对钛相同理由，适用的铌含量不应当低于碳含量的8倍，并且不应当超过1.0％(重量)。氧、氮和硫一般以氧化物、氮化物和硫化物形式与所选用的稀土金属相结合。因此，这些元素不会提高抗氧化性。由于这些原因，S和O两元素之中每一元素的含量不应超过0.03％(重量)，N元素含量不应超过0.05％(重量)。优选的S和O含量不应超过0.005％(重量)，N含量不应超过0.02％(重量)。镧如上所述可提高抗氧化性，也以小量方式添加。低于某一浓度，这种提高效果不明显。在添加量超过某一限度后，抗氧化性不会进一步提高。由于这些理由，合适的镧含量选定在0.02-0.11％(重量)之间，优选范围为0.05-0.10％(重量)。以下结合附图详细说明本专利技术。附图中附图说明图1显示在700℃水蒸气中氧化试样3000小时的试验结果；图本文档来自技高网...

【技术保护点】
按如下分析成分（％重量）的奥氏体不锈钢： Ｃ：＜０．１２， Ｓｉ：＜１．０， Ｃｒ：１６－２２， Ｍｎ：＜２．０， Ｎｉ：８－１４， Ｍｏ：＜１．０， Ｔｉ：＞４倍的Ｃ％（重量）并且＜０．８，或者Ｎｂ：８倍的Ｃ％（重量）并且＜１．０， Ｓ：＜０．０３， Ｏ：＜０．０３， Ｎ：＜０．０５， Ｌａ：≥０．０２并≤０．１１， 余量为Ｆｅ和正常出现的杂质。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰林登，
申请(专利权)人：桑德维克公司，
类型：发明
国别省市：SE[瑞典]