一种抗再热裂纹的含W高强度低合金耐热钢制造技术

本发明专利技术提供一种抗再热裂纹的含W高强度低合金耐热钢，其化学成分按质量百分数为：C：0.04～0.11％、Si：0.50％以下、Mn：0.10‑0.60％、P：0.03％以下、S：0.01％以下、Ni：0.40％以下、Cr：1.90～2.60％、V：0.20～0.30％、Nb：0.02～0.08％、Mo：0.05～0.30％、W：1.45～1.75％、Ti：0.01～0.06％、B：0.001～0.012％、Al：0.03％以下、N：0.01％以下，其余为Fe及不可避免杂质。本发明专利技术耐热钢具有优异的抗再热裂纹性能，能够应用于超(超)临界火电机组高温部件。

【技术实现步骤摘要】
一种抗再热裂纹的含W高强度低合金耐热钢
本专利技术属于耐热钢
，具体涉及一种高强度、低合金耐热钢，它具有优异的抗再热裂纹性能，在焊后热处理或高温服役过程中对粗晶粒热影响区形成的晶间裂纹不敏感。
技术介绍
为了减少燃煤发电对环境的污染，需要发展高效、清洁的超(超)临界火电机组。目前提高火电厂效率的主要途径是提高蒸汽温度和压力，这对材料的耐高温、高压性能提出了更高的要求，需要开发高强度等级的耐热钢来满足锅炉参数提升的需求。目前，锅炉用钢的发展有两个方向：一种是铁素体耐热钢，另一种是奥氏体耐热钢。相比于奥氏体耐热钢，铁素体耐热钢具有成本低、导热性好、热膨胀率小和耐热疲劳性好等优点，因而在超(超)临界火电机组中得到了广泛的应用。铁素体耐热钢的发展又分为两条主线，一是逐渐提高主要耐热合金元素Cr的含量，在合适热处理后形成稳定的回火马氏体组织，如T/P91、T/P92、T/P122及E911等9～12％Cr中合金耐热钢；二是保持较低的Cr含量，添加V、Nb、Mo、W等合金元素，在合适的热处理后形成稳定的贝氏体组织，如T/P23、T/P24等含2.25％Cr的新型低合金耐热钢。作为铁素体耐热钢发展的一支，新型低合金贝氏体耐热钢高温蠕变强度相较传统的低合金耐热钢有较大提升，如日本住友和三菱重工开发的含W的2.25Cr-1.6WVNb钢(T23)和德国瓦卢瑞克·曼内斯曼钢管公司开发的含Mo的2.25Cr-1MoVTi钢(T24)，其600℃蠕变断裂强度达到传统2.25Cr-1Mo钢(T22)的1.8倍，接近于T/P91钢。新型低合金耐热钢还降低了碳含量，因而焊接性也得到了明显的改善，它们非常适合于制造超(超)临界锅炉的水冷壁、过热器和再热器等部件，也可用于制造集箱、主要蒸汽管等大口径厚壁管道。然而，近些年发现T23等新型低合金耐热钢具有明显的再热裂纹倾向，发生了多起由于再热裂纹导致的泄漏事故，严重影响到机组的安全、稳定运行，并且造成了巨大的经济损失。再热裂纹是指金属材料的焊接接头在焊后热处理或者高温服役情况下，由于应力释放而在粗晶粒热影响区(CGHAZ)产生的一种晶间裂纹，也被称为焊后热处理裂纹或应力释放裂纹。T23和T24钢在焊态下的热影响区硬度可以控制在350HV以下，在焊接小径管(壁厚δ≤10mm)时，即使取消焊后热处理也不会产生冷裂纹。但是，在高温服役条件下，仍然有可能产生再热裂纹。明显的再热裂纹倾向，成为制约T23、T24等新型低合金耐热钢使用的瓶颈问题。Cr-Mo、Cr-Mo-V等低合金钢具有再热裂纹倾向，相关研究在上世纪60年代起就有报道。对低合金耐热钢再热裂纹的机理进行过广泛的研究，并开发出了多种具有抗再热裂纹敏感性的低合金耐热钢。现有技术中有如下技术：如一种用于高温高压压力容器钢，具有优异的抗蠕变脆性和抗再热裂纹的性能，Ca、Mg和稀土元素被加入以抑制Cr、V、B等对再热裂纹的有害作用。一种Cr-Mo钢，通过控制S、Al和Ca的含量使其具有优异的抗再热裂纹性能。一种铁素体钢电阻焊锅炉钢，其焊缝具有优异的抗再热裂纹抗性能。一种Cr-Mo钢板，具有优异的强度、韧性、抗低温裂纹及再热裂纹性能。这些钢均是传统低合金耐热钢，可以用于压力容器或参数较低的亚临界和临界火电机组。但是对于超(超)临界机组用新型低合金耐热钢T23，其Cr含量较高，并且添加了W、V、Nb和Ti等沉淀强化元素，再热裂纹倾向更加严重。对于含W的Cr-Mo型低合金耐热钢，一种耐热钢，指出在满足关系％N≤％Ti+5(％B)+0.004，并且平均晶粒尺寸小于110μm的情况下可以防止再热开裂。但是近些年的研究发现，满足上述关系的T23钢仍然具有明显的再热裂纹敏感性。研究表明，此类多元复合强化的新型低合金耐热钢再热裂纹产生机理与传统低合金耐热钢不同，并不是“一种耐热钢”中所描述的N在晶界偏析所致。此外，还有一些避免再热裂纹的方法或措施被提出，如现有技术：一种消除焊缝再热裂纹的方法，具体是在焊前或焊后冷却之前对焊缝毗邻区局部加热到400℃以上温度(优选600℃)。以及通过在表面预留防再热开裂焊道，在完成所有焊道后进行一次固定焊，以防止再热裂纹产生，并且还能避免在焊趾部分产生凹口，引起缺口敏感性。通过在较大的冷速下冷却热影响区，使马氏体含量高于80％，以使热影响区在退火过程中容易发生软化，防止再热裂纹产生。一种通过施焊管座角焊缝焊趾压道焊道预防管座角焊缝再热裂纹的方法，能够有效预防集箱管座角焊缝再热裂纹。一种消除点焊板材接头再热裂纹的方法，其主要途径是在焊后热处理前通过模具对接头焊点及周围区域进行球面加压消除残余应力，球面加压是指模具与点焊接头接触的表面是球面或近似球面的曲面。此外，也有提出通过采取苛刻的焊接工艺，如提高预热温度、采取多层焊道或回火焊道，或增加中间热处理等方式抑制再热裂纹，这些工艺措施增加了工序，提高了劳动强度，降低焊接效率，大大增加了生产成本，并且防止再热裂纹的效果也并不令人满意，没有从根本上解决问题。针对该问题，本专利技术提供了一种抗再热裂纹的新型含W的低合金耐热钢，在保持T23钢优异高温蠕变强度的同时，其粗晶粒热影响区具有高的再热裂纹抗性，在500～750℃范围内进行焊后热处理或服役时对再热裂纹不敏感。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术为解决现有技术中存在的问题采用的技术方案如下：一种抗再热裂纹的含W高强度低合金耐热钢，其特征在于，以质量百分数计包括如下元素配比：C：0.04～0.11％、Si：0.50％以下、Mn：0.10-0.60％、P：0.03％以下、S：0.01％以下、Ni：0.40％以下、Cr：1.90～2.60％、V：0.20～0.30％、Nb：0.02～0.08％、Mo：0.05～0.30％、W：1.45～1.75％、Ti：0.01～0.06％、B：0.001～0.012％、Al：0.03％以下、N：0.01％以下，其中C和B的含量满足下式：[％B]>-1.2×[％C]2+0.30×[％C]-0.01(1)其余为Fe及不可避免杂质。进一步地，所述耐热钢中C含量为：0.04～0.08％，所述耐热钢中B含量为：0.004～0.01％。进一步地，所述耐热钢中C含量为：0.04～0.08％，所述耐热钢中B含量为：0.004～0.008％。进一步地，所述耐热钢中B含量为：0.004～0.012％。进一步地，所述耐热钢中B含量为：0.006～0.010％。进一步地，所述耐热钢中C和B含量满足式：[％B]>-1.4×[％C]2+0.35×[％C]-0.0115(2)。一种抗再热裂纹的含W高强度低合金耐热钢，其特征在于，以质量百分数计包括如下元素配比：C：0.04～0.08％、Si：0.50％以下、Mn：0.10-0.60％、P：0.03％以下、S：0.01％以下、Ni：0.40％以下、Cr：1.90～2.60％、V：0.20～0.30％、Nb：0.02～0.08％、Mo：0.05～0.30％、W：1.45～1.75％、Ti：0.01～0.06％、B：0.001～0.012％、Al：0.03％以下、N：0.01％以下，其中C和B的含量满足下式：[％B]>-1.4×[％C]2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抗再热裂纹的含W高强度低合金耐热钢，其特征在于，以质量百分数计包括如下元素配比：C：0.04～0.11％、Si：0.50％以下、Mn：0.10‑0.60％、P：0.03％以下、S：0.01％以下、Ni：0.40％以下、Cr：1.90～2.60％、V：0.20～0.30％、Nb：0.02～0.08％、Mo：0.05～0.30％、W：1.45～1.75％、Ti：0.01～0.06％、B：0.001～0.012％、Al：0.03％以下、N：0.01％以下，其中C和B的含量满足下式：[％B]>‑1.2×[％C]2+0.30×[％C]‑0.01(1)其余为Fe及不可避免杂质。

【技术特征摘要】
1.一种抗再热裂纹的含W高强度低合金耐热钢，其特征在于，以质量百分数计包括如下元素配比：C：0.04～0.11％、Si：0.50％以下、Mn：0.10-0.60％、P：0.03％以下、S：0.01％以下、Ni：0.40％以下、Cr：1.90～2.60％、V：0.20～0.30％、Nb：0.02～0.08％、Mo：0.05～0.30％、W：1.45～1.75％、Ti：0.01～0.06％、B：0.001～0.012％、Al：0.03％以下、N：0.01％以下，其中C和B的含量满足下式：[％B]>-1.2×[％C]2+0.30×[％C]-0.01(1)其余为Fe及不可避免杂质。2.如权利要求1所述的一种抗再热裂纹的含W高强度低合金耐热钢，其特征在于：进一步地，所述耐热钢中C含量为：0.04～0.08％。3.如权利要求1所述的一种抗再热裂纹的含W高强度低合金耐热钢，其特征在于：进一步地，所述耐热钢中B含量为：0.004～0.01％。4.如权利要求1所述的一种抗再热裂纹的含W高强度低合金耐热钢，其特征在于：进一步地，所述耐热钢中B含量为：0.006～0.01％。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：王学，李勇，李健，杨华春，敬仕煜，夏彩荥，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42