一种高强韧马氏体耐热钢制造技术

本发明专利技术涉及一种高强韧马氏体耐热钢，其成分按质量百分比计为：C：0.05

【技术实现步骤摘要】
一种高强韧马氏体耐热钢


[0001]本专利技术涉及一种高强韧马氏体耐热钢，特别是该高强韧马氏体耐热钢在高温长时间工作后仍具有优异的强度和韧性。

技术介绍

[0002]近年来，虽然非化石能源如风能、核能、光伏等装机比例逐渐走高，但是火力发电仍然是我国电力能源的主导。随着低碳发展逐渐成为全社会的共识，节能减排的呼声越来越高，在这样的背景下，如何提高火力发电的热电转换效率已经成为主要研究方向，因此，超超临界（USC）锅炉的概念应运而生，超超临界锅炉恶劣的运行环境对材料的要求更高。
[0003]目前，应用于超超临界锅炉关键部件的材料主要有三类：马氏体耐热钢、奥氏体耐热钢以及镍基高温合金。奥氏体耐热钢以及镍基高温合金由于Cr、Ni含量较高，导致其成本优势不明显，马氏体耐热钢的Cr元素含量相对较低，成本方面有一定优势，因此，受到广泛关注和研究。
[0004]目前，MARBN、T/P9系列、SAVE12AD、G115等马氏体耐热钢都是商业化应用较多的材料，这类材料由于W的存在，在650℃
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750℃（USC温度）下工作一段时间后Fe2W型Laves相大量析出，导致材料韧性急剧下降，影响材料的稳定服役。为了解决这一问题，部分学者提出降低W含量，以减少高温工作时Fe2W型Laves相的析出，但是W含量的降低将会导致材料的高温强度急剧下降，导致无法同时兼顾高温长时间工作后材料的强度和韧性。
[0005]基于此，本专利技术旨在提出一种在高温长时间工作后仍具有优异强度和韧性的高强韧马氏体耐热钢。r/>
技术实现思路

[0006]本专利技术提供一种高强韧马氏体耐热钢，该耐热钢在650
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750℃长期工作后，仍具有优异的强度和韧性，从而确保材料在高温工况下长期工作的可靠性高，具有优异的长期服役稳定性。
[0007]本专利技术的技术目的是通过以下手段实现的。
[0008]本专利技术的目的在于提供一种高强韧马氏体耐热钢，所述高强韧马氏体耐热钢的成分按质量百分比计为：C：0.05
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0.10%，Cr：8.5
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9.5%，W：2.7
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3.3%，Co：2.5
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3.5%，Mn：0.3
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0.8%，V：0.1
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0.4%，Si：0.1
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0.5%，Cu：0.8
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1.2%，Nb：0.03
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0.07%，N：0.006
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0.009%，B：0.01
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0.016%，Zr：0.1
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0.25%，Re（铼）：0.2
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0.5%，余量为Fe和不可避免的杂质，并且W、Zr、Re的含量关系满足：W=k(2.015Zr+0.987Re)，其中k=3.0
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7.0。
[0009]下面，对本专利技术的成分设计原理进行介绍。
[0010]本专利技术的主要创新之处在于向马氏体耐热钢中加入了Zr、Re元素，同时协同控制W和Zr与Re之间的含量关系。如前所述，传统马氏体耐热钢在高温工作时，Fe2W型Laves相容易析出并且粗化，导致材料的韧性急剧下降。本专利技术在马氏体耐热钢中加入一定量的Zr和Re，Zr和Re可以以杂原子的形式与W形成掺杂，通过专利技术人的研究发现，掺杂了Zr和Re的
Fe2W型Laves相的析出温度增加到800℃以上，故此，通过添加Zr和Re并合理控制W和Zr以及Re的含量，可以大幅度减少或者避免马氏体耐热钢在USC温度（650
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750℃）下的Fe2W型Laves相的析出以及粗化，从而确保马氏体耐热钢在高温工作时韧性不出现恶化，由此获得了在USC温度下长期工作仍具有优异韧性的马氏体耐热钢，同时，本专利技术马氏体耐热钢优异韧性的获得并不依赖于降低W的含量，因此，材料的高温强度并未受到影响而得以保持。
[0011]接下来，在前述原理的基础上介绍本专利技术各元素的作用。
[0012]C元素促进马氏体相变，对于获得马氏体基体是至关重要的。其促进M
23
C6型和MX碳/氮化物粒子形成，从而提高高温强度。C含量过高，会使M
23
C6和Laves相的析出过多并粗化严重，降低高温强度，C含量过低，碳氮化物粒子析出减少，会降低马氏体耐热钢的高温强度，故此，本专利技术控制C含量为0.05
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0.10%，优选0.06
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0.08%。
[0013]Cr元素提高马氏体耐热钢的耐蚀性和抗氧化性，并且对于高温强度具有突出贡献。在高温工作时，Cr会与O反应形成三氧化二铬，在马氏体耐热钢的表面形成保护膜，减缓氧化过程，Cr可以形成Cr
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C6型强化相，从而提高马氏体耐热钢的高温强度。Cr含量过高，高温工作时的强度反而下降，Cr含量过低，则高温强度和高温抗氧化性均得不到保障，故此，本专利技术的Cr含量控制在8.5
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9.5%，优选8.8
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9.2%。
[0014]W元素可以抑制M
23
C6析出物的粗化，能够显著的提高马氏体耐热钢的高温强度，但是在高温工作时，其容易形成Fe2W型Laves相，损害韧性，影响服役的稳定性。W含量过低，马氏体耐热钢的高温强度得不到保证，W含量过高，则高温工作时Fe2W型Laves相析出过多，韧性急剧恶化。故此，本专利技术的W含量控制在2.7
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3.3%，优选2.85
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3.15%。
[0015]Co元素是奥氏体形成元素，可以抑制δ铁素体的形成，提高耐热钢的高温强度，同时Co可以促进W元素固溶强化作用的发挥，有利于韧性的提高，Co含量过高，反而会使马氏体耐热钢的高温强度下降，而Co含量过低，则不能有效组织δ铁素体的形成。故此，本专利技术的Co含量控制在2.5
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3.5%，优选2.8
‑
3.2%。
[0016]Mn元素同样是抑制δ铁素体的形成的元素，Mn含量过低，抑制δ铁素体的形成的效果不够明显，Mn含量过高会导致塑性下降，高温工作时断裂风险增加。本专利技术的Mn含量控制在0.3
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0.8%，优选0.45
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0.65%。
[0017]Si元素是有效的脱氧元素，其也是促进δ铁素体和Laves相形成的元素，同时Si有助于提高马氏体耐热钢的高温抗氧化能力，Si含量过高容易导致δ铁素体和Laves相析出过多影响韧性，Si含量过低则钢材的高温抗氧化性下降，进而对高温力学性能带来不利影响。故此，本专利技术的Si含量控制在0.1
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0.5%，优选0.15
‑
0.45%。
[0018]V和Nb都是碳/氮化物形成元素，起到固溶强化和沉淀强化的作用，对于马氏体耐热钢的高温强度有着重要作用，V和Nb的含量过高，会导致碳/氮化物粗化，并且造成元素偏析，导致马氏体耐热钢的高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强韧马氏体耐热钢，其特征在于，所述高强韧马氏体耐热钢的成分按质量百分比计为：C：0.05
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0.10%，Cr：8.5
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9.5%，W：2.7
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3.3%，Co：2.5
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3.5%，Mn：0.3
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0.8%，V：0.1
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0.4%，Si：0.1
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0.5%，Cu：0.8
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1.2%，Nb：0.03
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0.07%，N：0.006
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0.009%，B：0.01
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0.016%，Zr：0.1
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0.25%，Re（铼）：0.2
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0.5%，余量为Fe和不可避免的杂质，并且W、Zr、Re的含量关系满足：W=k(2.015Zr+0.987Re)，其中k=3.0
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7.0。2.根据权利要求1所述的高强韧马氏体耐热钢，其特征在于，所述高强韧马氏体耐热钢在650℃温度下工作1000h后，其组织中所述Fe2W型Laves相的体积分数不大于0.5%。3.根据权利要求1所述的高强韧马氏体耐热钢，其特征在于，所述高强韧马氏体耐热钢在650℃温度下工作8000h后，其组织中所述Fe2W型Laves相的体积分数不大于1.0%。4.根据权利要求1所述的高强韧马氏体耐热钢，...

【专利技术属性】
技术研发人员：帅德军，万修敏，吴波，王少勇，
申请(专利权)人：襄阳金耐特机械股份有限公司，
类型：发明
国别省市：