高铬耐热钢制造技术

本发明专利技术提供一种高铬耐热钢。该钢含有以质量％计，C：0.08％‑0.13％、Si：0.15％‑0.45％、Mn：0.1％‑1.0％、Ni：0.01％‑0.5％、Cr：10.0％‑11.5％、Mo：0.3％‑0.6％、V：0.15％‑0.25％、Nb：0.01％‑0.06％、N：0.015％‑0.07％、B：0‑0.005％和Al：0‑0.04％。余量由Fe和不可避免的杂质元素组成。该钢示出马氏体微结构。

【技术实现步骤摘要】
高铬耐热钢本申请是向中国知识产权局提交的申请日为2014年6月24日的标题为“高铬耐热钢”的第201480035461.0号申请的分案申请。
本专利技术涉及高铬耐热钢。专利技术背景迄今为止，己提出含有δ铁素体的几种9％Cr耐热钢作为高铬钢以改善可焊接性，且其一些己被用于热电厂中的蒸汽接触组件。然而，由于9％Cr耐热钢的长期蠕变强度和冲击性能极大受损，因而现在主要使用具有不含有δ铁素体的马氏体微结构的9％Cr-1％Mo钢。近年来，己大大增加蒸汽条件的温度和压力以改善热电厂中的热效率。因此，电厂的运行条件从超临界压力变至超超临界压力。另外，设计了在更苛刻蒸汽条件下可运行的工厂。随着蒸汽条件中这种逐渐增加的苛刻性，目前使用的9％Cr-1％Mo钢(91级钢)由于其有限的抗氧化性和高温强度不能适应未来工厂中的锅炉管。同时，奥氏体耐热不锈钢可以是待用于未来工厂的候选材料，但其应用受到经济效率的限制。因此，希望研发用在具有甚至更高温度的蒸汽条件中的耐热钢。在这种情况下，如JP-A-1993-311342、JP-A-1993-311345和JP-A-1997-291308中所公开的，己研发了主要改善了蠕变强度的新型高铬钢。这些钢己通过加入W作为固溶硬化元素以及进一步地通过加入合金元素诸如Co、Ni和Cu改善了蠕变断裂强度和韧性。另外，JP-A-1988-89644公开了具有最优化的W和Nb含量以及改善的蠕变强度的钢。US-4564392描述了其中优化了C/N比的含Cr钢。后一个US专利文献中举例的钢含有相对大量的Mo和N。含有12％Cr的钢被认为特别适用于在高温下和在高应力下使用。所有这些已知钢据称具有己通过向常规耐热钢中加入合金元素诸如W和Co经固溶硬化改善了蠕变强度。然而，由于W和Co是昂贵的元素，导致材料价格增加，从经济效应的角度，这些元素的使用受到限制。而且，抗蒸汽氧化性的改善是对抗高温蒸汽不可缺少的。另外，增加常规9％Cr钢的Cr含量有效地改善了现有条件中的抗蒸汽氧化性。然而，由于增加Cr含量导致δ铁素体的形成，需要增加奥氏体形成元素诸如C和Ni以获得回火马氏体结构。然而，这些元素的含量受限制，因为C和Ni含量的增加分别降低了可焊接性和长期蠕变强度。虽然存在加入Co等来抑制δ铁素体的形成的情况，但这种元素昂贵，因此导致经济效率降低。
技术实现思路
鉴于上述情况，本专利技术的一个目的是提供改良的高铬耐热钢，其以质量％计由以下组成：C：0.08％-0.13％、Si：0.15％-0.45％、Mn：0.1％-1.0％、Ni：0.01％-0.5％、Cr：10.0％-11.5％、Mo：0.3％-0.6％、V：0.10％-0.25％、Nb：0.01％-0.06％、N：0.015％-0.07％、B：≤0.005％和Al：≤0.04％，其中余量为Fe和不可避免的杂质元素。另一个目的是提供能用于超超临界压力锅炉的钢。另一个目的是在不加入昂贵元素如W和Co的情况下，基于经济的钢提供用于高温蒸汽的蠕变断裂强度和蒸汽氧化性质改善的钢。本专利技术的钢成分包含低碳(C)、锰(Mn)、硅(Si)、铬(Cr)、镍(Ni)、钼(Mo)、钒(V)、铌(Nb)和氮(N)。在一个实施方案中，可以加入一种或多种以下元素：铝(Al)和硼(B)。该成分的剩余部分包含铁(Fe)和不可避免的杂质。本专利技术涉及高铬耐热钢。下表1中示出其实施方案(成分以质量％表示)，其中余量为Fe和不可避免的杂质元素：表1说明：M＝必有的；O＝可有的；I＝可能存在的不可避免的杂质元素在高铬耐热钢的一个实施方案中，B在以质量计0.001％至0.005％的范围内。在高铬耐热钢的一个实施方案中，不可避免的杂质元素的质量％小于0.4％。在高铬耐热钢的一个实施方案中，不可避免的杂质元素包含除C、Si、Mn、Ni、Cr、Mo、V、Nb、N、Fe之外的元素。在高铬耐热钢的一个实施方案中，不可避免的杂质元素可包含磷(P)、硫(S)、钴(Co)、铜(Cu)、锑(Sb)、砷(As)、锡(Sn)和铅(Pb)中的一种或多种。在高铬耐热钢的一个实施方案中，P+S+Co+Cu+Sb+As+Sn+Pb≤0.40％(以质量％计)。在高铬耐热钢的一个实施方案中，P+S+Co+Cu+Sb+As+Sn+Pb≤0.35％(以质量％计)。不可避免的杂质元素涉及由钢生产导致的正常污染物。本专利技术己提供了具有迄今为止一直在常规9Cr-1Mo钢中难以实现的在蠕变断裂强度和抗蒸汽氧化性方面的性质都改善了的高铬耐热钢。另外，本专利技术的主要成分不含有昂贵元素诸如W和Co，和含有较少量的Mo，因而在经济效率方面有利。因此，本专利技术可以满足具有较高温度和压力作为蒸汽条件的未来热电厂的使用。本专利技术还涉及由本专利技术的高铬耐热钢制造的蒸汽接触组件例如管。该管可以是无缝或焊接管。本专利技术还涉及包括由本专利技术的高铬耐热钢制造的一种或多种蒸汽接触组件例如锅炉汽包(boilerdrum)和/或管的压力锅炉。本专利技术还涉及包括本专利技术的蒸汽接触组件的热电厂。本专利技术还涉及包括本专利技术的压力锅炉的热电厂。专利技术详述下面将讨论单种元素的限制的原因。C：0.08％-0.13％；C是抑制铁素体形成的奥氏体形成元素。因此，由铁素体形成元素诸如Cr确定C的适合量，以获得回火马氏体结构。另外，C沉淀作为MC型(M代表合金元素(同样适用于下文))和M23C6型碳化物，其大大影响了高温强度和特别是蠕变断裂强度。C含量小于0.08％时，沉淀的量不足以用于沉淀强化，而且δ铁素体相的抑制不完全。由于该原因，其下限设为0.08％。加入多于0.13％的C时，可焊接性受损和韧性降低。而且，碳化物的团聚粗化(agglomeratedcoarsening)加速，导致高温长期侧的蠕变断裂强度降低。由于该原因，其范围设为0.08％-0.13％，优选在0.08％-0.11％(质量百分比)的范围内。Si：0.15％-0.45％；加入Si作为脱氧剂和用于抗氧化性。然而，Si是强铁素体形成元素，且韧性通过铁素体相而受损。由于该原因，其范围设为0.15％-0.45％以平衡抗氧化性和回火马氏体结构；优选在0.15％-0.35％(质量百分比)的范围内。Mn：0.1％-1.0％；加入Mn作为脱氧剂和脱硫剂。另外，其也是抑制δ铁素体相的奥氏体形成元素，但其过度加入会削弱蠕变强度。由于该原因，其范围设为0.1％-1％；优选在0.40％-0.60％(质量百分比)的范围内。Ni：0.01％-0.5％；Ni是抑制铁素体形成的强奥氏体形成元素。然而，其过度加入会削弱长期蠕变断裂强度。由于该原因，所建议范围设为0.01％-0.5％，优选在0.01％-0.20％(质量百分比)的范围内。Cr：10.0％-11.5％；Cr是保护抗蒸汽氧化性的重要元素。从用于高温蒸汽的抗蒸汽氧化性考虑，Cr含量为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高铬耐热钢，其以质量％计由以下组成：/nC：0.08％-0.13％；/nSi：0.15％-0.45％；/nMn：0.1％-1.0％；/nNi：0.01％-0.5％；/nCr：10.0％-11.5％；/nMo：0.3％-0.6％；/nV：0.15％-0.25％；/nNb：0.01％-0.06％；/nN：0.015％-0.07％；/nB：0-0.005％；和/nAl：0-0.04％；/n其中，余量为Fe和不可避免的杂质元素。/n

【技术特征摘要】
20130625 EP 13173530.01.一种高铬耐热钢，其以质量％计由以下组成：
C：0.08％-0.13％；
Si：0.15％-0.45％；
Mn：0.1％-1.0％；
Ni：0.01％-0.5％；
Cr：10.0％-11.5％；
Mo：0.3％-0.6％；
V：0.15％-0.25％；
Nb：0.01％-0.06％；
N：0.015％-0.07％；
B：0-0.005％；和
Al：0-0.04％；
其中，余量为Fe和不可避免的杂质元素。


2.根据权利要求1所述的高铬耐热钢，其中，B在以质量计0.001％至0.005％的范围内。


3.根据权利要求1所述的高铬耐热钢，其中，所述不可避免的杂质元素的质量％小于0.4％。


4.根据权利要求1所述的高铬耐热钢，其以质量％计由以下组成：
C：0.08％-0.11％；
Si：0.15％-0.35％；
Mn：0.40％-0.60％；
Ni：0.01％-0.2％；
Cr：10.45％-11.0％；
Mo：0.45％-0.55％；
V：0.15％-0.25％；
Nb：0.035％-0.06％；
N：0.040％-0.070％；
B：0-0.005％；和
Al：0-0.04％；
其中，余量为Fe和不可避免的杂质元素。


5.根据权利要求4所述的高铬耐热钢，其中，B在0.002％至0.004％的范围内。


6.根据权利要求4所述的高铬耐热钢，其中，Al以质量计为：0-0.025％。


7.根据权利要求1所述的高铬耐热钢，其中，所述所述高铬耐热钢具有马氏体微结构。


8.根据权利要求7所述的高铬耐热钢，其中，所述高铬耐热钢不含δ铁素体。


9.根据权利要求1所述的高铬耐热钢，其中，所述高铬耐热钢在650℃的温度在70MPa的应力下具有至少21,985小时的蠕变断裂时间。


10.根据权利要求1所述的高铬耐热钢，其中，所述高铬耐热钢在650℃的温度在70MPa的应力下具有至少23,801小时的蠕变断裂时间。


11.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：南雄介，小野达雄，G·库米诺，P·马里亚尼，
申请(专利权)人：特纳瑞斯连接有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL