一种奥氏体耐热钢及其热处理方法技术

本发明专利技术属于合金材料技术领域，具体涉及一种奥氏体耐热钢及其热处理方法，由以下摩尔百分比的组分组成：Al 8

【技术实现步骤摘要】
一种奥氏体耐热钢及其热处理方法


[0001]本专利技术属于合金材料
，具体涉及一种奥氏体耐热钢及其热处理方法。

技术介绍

[0002]随着现代工业技术的发展，人们对于钢的性能有了越来越高的要求，其中，在高温环境下使用的钢更是在民用和国防工业中承担着不可替代的作用。高温环境下，除了要求钢有良好的综合力学性能外，对于钢的抗氧化性也有一定的要求。
[0003]目前研究较多的是含Al奥氏体不锈钢，该类奥氏体不锈钢，其含Cr量较高，而含Al量少，例如专利CN 110230004 B，一种含铝奥氏体耐热钢及其制备方法，其公开的成分中Cr含量为13
‑
23％，Al含量为1
‑
5％；专利一种高温抗氧化奥氏体耐热钢及其制备工艺CN 108642373 A，其公开的成分中，Cr含量为18
‑
23％，Al含量为0.5
‑
2％；专利一种低成本高铝耐热钢及其制备方法CN 110938781 B，其公开的成分中，Cr含量为22.6
‑
24.2％，Al含量为6.61
‑
9.6％；专利Cr
‑
Ni系抗高温氧化奥氏体耐热钢棒材及其制备方法CN 102383050 A，其公开的成分中，Cr含量为22
‑
32％，Al含量为0.5
‑
1.5％；
[0004]上述专利缺点：Al仍较低，高温下氧化膜的主要成分为Cr2O3，在温度高于650℃的蒸汽环境中氧化层容易以Cr2O2(OH)2的形式挥发，造成氧化膜剥离，合金的耐腐蚀性能下降；为了保证较好的抗腐蚀和耐热性能，合金中含有较高的Cr，在已经公开的钢组成中，Al含量若进一步升高，则会使得合金中出现较多的BCC相和σ相，对合金的综合性能不佳，且不利于高温下氧化膜的稳定性；并且上述钢中均含有较高C元素，易形成碳化物析出，但碳化物的形态和分布不良易引起材料脆性，影响了强化效果，缺乏有效的强化相，钢材料的高温强度低。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题，提高含Al奥氏体不锈钢的高温性能，本专利技术提供了一种奥氏体耐热钢及其热处理方法，降低Cr含量，提高Al含量，使得合金的氧化膜为Al与Cr形成的复合氧化膜，提高了高温环境下氧化膜的稳定性，进而提高合金的抗氧化性能；调控合适的Ni/Al比(2≤Ni/Al≤3)，使合金中析出一定体积分数的B2相，这种相在750℃以下具有很好的强化效果，弥补了Cr含量降低造成的合金高温性能损失，同时也提高了合金的高温强度。
[0006]本专利技术具体是通过如下技术方案来实现的。
[0007]本专利技术提供了一种奥氏体耐热钢，由以下摩尔百分比的组分组成：
[0008]Al：8
‑
12at％、Cr：10
‑
12at％、Fe：50
‑
56at％、Ni：22
‑
26at％、Mo：0
‑
2at％、Ti：0
‑
3at％、Cu：0
‑
1at％、W：0
‑
2at％、Nb：0
‑
1at％、Si：0
‑
2at％、V：0
‑
2at％、Mn：0
‑
0.01at％、Zr：0
‑
0.02at％、B：0
‑
0.04at％、C：0
‑
0.01at％；2≤Ni/Al≤3。
[0009]优选的，由以下摩尔百分比的组分组成：
[0010]Al：9
‑
11at％、Cr：10
‑
11at％、Fe：52
‑
54at％、Ni：24
‑
26at％、Mo：0
‑
1at％、Ti：0
‑
2at％、Cu：0
‑
1at％、W：0
‑
1at％、Nb：0
‑
1at％、Si：0
‑
1at％、V：0
‑
1at％、Mn：0
‑
0.005at％、Zr：0.01
‑
0.02at％、B：0.02
‑
0.04at％、C：0
‑
0.005at％；2.4≤Ni/Al≤3。
[0011]本专利技术还提供了上述奥氏体耐热钢的制备方法，按照以下步骤进行：
[0012]S1、按元素摩尔百分比将合金组分中的各元素配料，制备获得铸态的合金锭；
[0013]S2、将S1合金锭于1100
‑
1200℃保温，之后进行淬火，获得均匀化热处理的合金锭；
[0014]S3、将S2均匀化热处理的合金锭施加40％
‑
50％变形量后，于1100
‑
1200℃保温，之后进行淬火，获得第一次再结晶的合金锭；
[0015]S4、将S3第一次再结晶的合金锭再施加50％
‑
60％变形量后，于1100
‑
1200℃保温，随后进行淬火，获得第二次再结晶的合金锭；
[0016]S5、将S4第二次再结晶的合金锭于680
‑
730℃保温，随后进行淬火，获得最终的铁基合金。
[0017]优选的，S2中，保温5
‑
6h。
[0018]优选的，S3中，保温20
‑
30min。
[0019]优选的，S4中，保温20
‑
30min。
[0020]优选的，S5中，保温7
‑
9h。
[0021]本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果：
[0022]本专利技术所提供的含Al奥氏体耐热钢中包含多种合金元素成分，其中以Al、Cr、Ni为主要合金化元素。Al元素和Cr含量分别达到8
‑
12at％摩尔百分比和10
‑
12at％摩尔百分比以上时，与
技术介绍
中现有技术相比，Al元素含量增加，使得合金具有良好的耐腐蚀和抗氧化性能，其主要原因归功于Al与Cr形成的复合氧化膜，该氧化膜具有致密性高，连续性好，附着力强，生长速率低等优点，是合金保护性氧化膜的理想选择，因此Al和Cr均需要达到一定的含量。需要注意的是，本专利技术中Cr含量低于目前其他专利技术，这是由于Cr含量较高时容易沉淀出对合金力学性能有害的脆性σ相，因此本专利技术降低了Cr含量而提高了Al含量，提高了合金性能的同时还降低了合金的密度。
[0023]本专利技术的另一个显著特点是较高的Al含量和对于Ni/Al比的强调，目前，其他含Al的耐热钢中Al的添加量很少，这是由于其他耐热钢中Al含量过多会引入对合金力学性能有害的BCC相，而在本专利技术中，Al的添加一方面增加了合金的抗氧化性能，另一方面，通过调控合适的Ni/Al比(2≤Ni/Al≤3)，可以使合金中析出一定体积分数的B本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种奥氏体耐热钢，其特征在于，由以下摩尔百分比的组分组成：Al：8
‑
12at％、Cr：10
‑
12at％、Fe：50
‑
56at％、Ni：22
‑
26at％、Mo：0
‑
2at％、Ti：0
‑
3at％、Cu：0
‑
1at％、W：0
‑
2at％、Nb：0
‑
1at％、Si：0
‑
2at％、V：0
‑
2at％、Mn：0
‑
0.01at％、Zr：0
‑
0.02at％、B：0
‑
0.04at％、C：0
‑
0.01at％；2≤Ni/Al≤3。2.根据权利要求1所述的奥氏体耐热钢，其特征在于，由以下摩尔百分比的组分组成：Al：9
‑
11at％、Cr：10
‑
11at％、Fe：52
‑
54at％、Ni：24
‑
26at％、Mo：0
‑
1at％、Ti：0
‑
2at％、Cu：0
‑
1at％、W：0
‑
1at％、Nb：0
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1at％、Si：0
‑
1at％、V：0
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1at％、Mn：0
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【专利技术属性】
技术研发人员：王志军，王健斌，吴庆峰，何峰，李俊杰，王锦程，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：