一种新型含钛铁素体系耐热钢及其制备方法和用途技术

本发明专利技术公开了一种新型含钛铁素体系耐热钢及其制备方法和用途，该耐热钢由以下重量百分比的组分组成：Cr:9.0～16.0wt％，Mn:0.5～2.0wt％，Si:2.0～4wt％，Mo:0.8～1.5wt％，Al:3.0～6.0wt％，C:0.1～0.4wt％，Ti:0.05～2.5wt％，余量为铁和不可避免的杂质；其中，不可避免的杂质包含：P和S，且P:≤0.01wt％，S:≤0.01wt％。本发明专利技术的耐热钢利用Ti与Al的时效硬化作用提高耐热钢高温强度，利用Si、Al形成氧化铝和氧化硅，显著提高合金的高温抗氧化性能，用于900℃高温环境下。

【技术实现步骤摘要】
一种新型含钛铁素体系耐热钢及其制备方法和用途
本专利技术涉及一种铁素体系耐热钢，具体涉及一种新型含钛铁素体系耐热钢及其制备方法和用途。
技术介绍
随着技术和社会发展的进步，对能源的需求逐渐增长，节能与环保愈发受到重视和关注。洁净煤发电技术之一的超临界和超超临界发电组、垃圾焚烧发电以及和聚变反应设备中对耐热及高温材料的需求日益增加。目前，在超临界发电机组中应该最多的铁素体耐热钢，其是属于马氏体组织的耐热钢，如P91和P92。这类钢是在9～12％Cr的基础上添加Mo、W、Nb元素，具有较好的蠕变强度，良好的延展性，因此已被广泛用于超超临界锅炉部件，例如蒸汽集管，再热器和涡轮机。但是，这类耐热钢的最高使用温度约为650℃，而垃圾焚烧炉中的炉排使用温度一般在650～750℃，甚至更高。目前，垃圾焚烧炉主要采用奥氏体耐热钢，但由于钢中含有较高含量的Cr和Ni元素，使钢的成本显著提高。因此，研发高抗氧化性和高温强度好的新型铁素体耐热钢意义重大。中国专利CN107326301A公开了一种铁素体耐热钢，其介绍了利用时效过程中从基体析出的纳米级金属间化合物使得钢的强度得以提高，其成分为：Cr：18.0～25.0wt％；Ni：1.0～5.0wt％；Mn：0～2.0wt％；Si：2.0～4.0wt％；Ti：0.5～3.0wt％；Nb：1.0～2.5wt％；C：0～0.05wt％；B：0～0.08wt％；其余为Fe和不可避免元素。该耐热钢虽适用于工程结构零部件，但其高温抗氧化性欠缺，而且由于含有高的Cr和Ni使钢的生产加工成本过高。中国专利CN102268603A公开了一种高铝铁素体耐热钢，其提出了利用添加一定含量的Al元素在高温下来形成Al2O3钝化膜，由于加入了微量的稀土元素，增强了表面Al2O3钝化膜与基体的结合力，使铁素体系耐热钢具有极高的抗高温氧化性能。该耐热钢化学成分为：Cr：9.0～15.0wt％；Co：1.0～5.0wt％；W：0.5～4.0wt％；Mo：0.5～4.0wt％；Al：2.0～4.0wt％；Nb：0.01～0.9wt％；V：0.1～0.8wt％；C：0.01～0.08wt％；N：0.001～0.05wt％；B：0.001～0.02wt％；Si：0.1～0.4wt％；Ti:0.01～0.1wt％；Ta:0～0.5wt％；RE或Hf：0～0.1wt％，其余为Fe和不可避免的杂质。但是，该铁素体耐热钢添加合金元素较多，而且加入了稀土元素，其加工成本高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种新型含钛铁素体系耐热钢及其制备方法和用途，该耐热钢解决了现有耐热钢高温抗氧化性能差的问题，具有很好的高温抗氧化性能，且提高了耐热钢的高温强度。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种新型含钛铁素体系耐热钢，该耐热钢由以下重量百分比的组分组成：Cr:9.0～16.0wt％，Mn:0.5～2.0wt％，Si:2.0～4wt％，Mo:0.8～1.5wt％，Al:3.0～6.0wt％，C:0.1～0.4wt％，Ti:0.05～2.5wt％，余量为铁和不可避免的杂质；其中，不可避免的杂质包含：P和S，且P:≤0.01wt％，S:≤0.01wt％。本专利技术的耐热钢中不含W和Nb，现有技术中添加的W和Nb在钢中通过固溶、析出第二相以提高钢的高温强度。而本专利技术提高Ti含量保证了强度，并通过高硅和高铝保证了强度和抗氧化性。此外，W和Nb价格较高，会提高成本，本专利技术在没有添加高成本的W和Nb的情况下，性能可以达到或超过现有耐热钢。该耐热钢在500℃、600℃下的抗拉强度Rm＞1000Mp，在900℃高温氧化100h的氧化速率Km＜0.036g/m2*h。优选地，该耐热钢由以下重量百分比的组分组成：Cr:9.0～16.0wt％，Mn:0.5～2.0wt％，Si:2.7～4wt％，Mo:1.2～1.5wt％，Al:5.0～6.0wt％，C:0.25～0.4wt％，Ti:0.05～1.9wt％，余量为铁和不可避免的杂质；其中，不可避免的杂质包含：P和S，且P:≤0.01wt％，S:≤0.01wt％。优选地，该耐热钢由以下重量百分比的组分组成：Cr:9.0wt％，Mn:0.5wt％，Si:2.7～4wt％，Mo:1.2～1.5wt％，Al:5.0～6.0wt％，C:0.25～0.4wt％，Ti:0.05～1.9wt％，余量为铁和不可避免的杂质；其中，不可避免的杂质包含：P和S，且P:≤0.01wt％，S:≤0.01wt％。优选地，该耐热钢由以下重量百分比的组分组成：Cr:9.0wt％，Mn:0.5wt％，Si:2.7～2.9wt％，Mo:1.2～1.5wt％，Al:5.0～6.0wt％，C:0.25～0.27wt％，Ti:0.05～1.9wt％，余量为铁和不可避免的杂质；其中，不可避免的杂质包含：P和S，且P:≤0.01wt％，S:≤0.01wt％。优选地，该耐热钢由以下重量百分比的组分组成：Cr:9.0wt％，Mn:0.5wt％，Si:2.7～2.9wt％，Mo:1.2～1.5wt％，Al:5.0～6.0wt％，C:0.25～0.27wt％，Ti:1.2～1.9wt％，余量为铁和不可避免的杂质；其中，不可避免的杂质包含：P和S，且P:≤0.01wt％，S:≤0.01wt％。本专利技术还提供了一种所述的新型含钛铁素体系耐热钢的制备方法，各元素的含量按所述的重量百分比，该方法包含：将铁原料熔化，加入高熔点钼铁和铬铁合金使其完成熔化，再加入硅铁和锰铁合金，完全熔化后向炉内加入纯铝和钛铁合金，得到钢液；其中锰铁为低碳锰铁或中碳锰铁，该低碳锰铁的碳含量为0.2～0.7wt％，该中碳锰铁的碳含量为1.0～2.0wt％；将所述钢液温度提高到1600～1650℃，然后将钢水倒入盛钢包内，钢水表面加覆盖剂保温，静置，然后进行浇注成型，钢锭模浇注前预热；将得到的钢锭在1200～1250℃加热保温，锻造成要求的产品，锻造的始锻温度为1150～1200℃，终锻温度900℃～980℃，锻造完成后坯料空冷到室温；将坯料在1150～1200℃固溶处理，然后在500～700℃时效处理，得到的材料的微观组织为铁素体+碳化物，其中碳化物包含：TiC和Cr23C6。通过固溶处理和时效处理提高可材料的强度。本专利技术采用的材料是全铁素体基体，得到的耐热钢的微观组织在高温和常温下均为铁素体组织。而现有常用的铁素体耐热钢实质上的微观组织是马氏体，需要在高温下使用一定要进行淬火获得马氏体，然后在高温下回火，起到稳定组织，增加碳化物析出来提高强度和高温变形加工时的再结晶。本专利技术的固溶处理和时效处理没有马氏体转变，只是通过固溶时效从铁素体基体中析出碳化钛和碳化铬等碳化物来提高强度，即通过第二相强化的作用。本专利技术的方法，对抗高温氧化性能而言，固溶处理与固溶时效处理没有很大影响，均具有高的抗高温氧化性，但强度在固溶时效处理后显著提高。优选地，所述铁原料为低碳钢或纯铁。优选地，所述钢锭模浇注前在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型含钛铁素体系耐热钢，其特征在于，该耐热钢由以下重量百分比的组分组成：/nCr:9.0～16.0wt％，Mn:0.5～2.0wt％，Si:2.0～4wt％，Mo:0.8～1.5wt％，Al:3.0～6.0wt％，C:0.1～0.4wt％，Ti:0.05～2.5wt％，余量为铁和不可避免的杂质；/n其中，不可避免的杂质包含：P和S，且P:≤0.01wt％，S:≤0.01wt％。/n

【技术特征摘要】
1.一种新型含钛铁素体系耐热钢，其特征在于，该耐热钢由以下重量百分比的组分组成：
Cr:9.0～16.0wt％，Mn:0.5～2.0wt％，Si:2.0～4wt％，Mo:0.8～1.5wt％，Al:3.0～6.0wt％，C:0.1～0.4wt％，Ti:0.05～2.5wt％，余量为铁和不可避免的杂质；
其中，不可避免的杂质包含：P和S，且P:≤0.01wt％，S:≤0.01wt％。


2.根据权利要求1所述的新型含钛铁素体系耐热钢，其特征在于，该耐热钢由以下重量百分比的组分组成：
Cr:9.0～16.0wt％，Mn:0.5～2.0wt％，Si:2.7～4wt％，Mo:1.2～1.5wt％，Al:5.0～6.0wt％，C:0.25～0.4wt％，Ti:0.05～1.9wt％，余量为铁和不可避免的杂质；
其中，不可避免的杂质包含：P和S，且P:≤0.01wt％，S:≤0.01wt％。


3.根据权利要求1所述的新型含钛铁素体系耐热钢，其特征在于，该耐热钢由以下重量百分比的组分组成：
Cr:9.0wt％，Mn:0.5wt％，Si:2.7～4wt％，Mo:1.2～1.5wt％，Al:5.0～6.0wt％，C:0.25～0.4wt％，Ti:0.05～1.9wt％，余量为铁和不可避免的杂质；
其中，不可避免的杂质包含：P和S，且P:≤0.01wt％，S:≤0.01wt％。


4.根据权利要求1所述的新型含钛铁素体系耐热钢，其特征在于，该耐热钢由以下重量百分比的组分组成：
Cr:9.0wt％，Mn:0.5wt％，Si:2.7～2.9wt％，Mo:1.2～1.5wt％，Al:5.0～6.0wt％，C:0.25～0.27wt％，Ti:0.05～1.9wt％，余量为铁和不可避免的杂质；
其中，不可避免的杂质包含：P和S，且P:≤0.01wt％，S:≤0.01wt％。


5.根据权利要求1所述的新...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄维刚，黄俊斌，黄雪飞，闫军军，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51