具有对应力松弛开裂高抵抗性的耐热奥氏体钢制造技术

本发明专利技术涉及一种对松弛开裂不敏感的奥氏体钢，以重量百分比计具有包含如下的组成：0.019％≤C≤0.030％，0.5％≤Mn≤2％，0.1％≤Si≤0.75％，Al≤0.25％，18％≤Cr≤25％，12％≤Ni≤20％，1.5％≤Mo≤3％，0.001％≤B≤0.008％，0.25％≤V≤0.35％，0.23％≤N≤0.27％，剩余部分为铁和不可避免的杂质，以及其中：Ni(eq.)≥1.11?Cr(eq.)-8.24，其中：Cr(eq)＝Cr+Mo+1.5Si+5V+3Al+0.02，Ni(eq)＝Ni+30C+x(N-0.045)+0.87，其中：对于N≤0.2，x＝30，对于0.2％≤N≤0.25，x＝22，对于0.25％≤N≤0.35，x＝20。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有对应力松弛开裂高抵抗性的耐热奥氏体钢本专利技术涉及奥氏体耐热钢及其用于制造设备例如在高于550°C的温度下操作的反应容器、锻件和管道的用途。特别地，本专利技术涉及对应力松弛开裂不敏感的钢。各种工业，例如化学工业，使用耐热钢用于在550°C到900°C之间的温度下经常在高压下操作的用途。在这些温度下的主要劣化机理是蠕变、化学腐蚀/氧化和应力松弛开裂。已经对前两个劣化机理进行了彻底研究并且将其考虑到设计规则中。材料例如AISI 304H 钢(其主要的合金元素为 18-20% Cr,8-10. 5% Ni) ,AISI 316H(16-18% CrUO-14% Ni,2-3% Mo) ,800H(19-23% Cr,30-35% Ni)显示出高的蠕变断裂强度。在此方面，由于合金800H在550-950°C的范围内显示出高的断裂强度，因此其是有利的。但是，由于其高的镍含量，所以合金800H是昂贵的。此外，前述三种合金对应力松弛开裂(SRC)敏感。裂纹以晶间模式，即在晶界处发生。当将敏感合金进行热处理以降低残余应力时，这种现象不会发生。已显示出，在875到980°C之间的热处理对于避免SRC是有效的。但是，几乎不能在工厂中进行这些在高温下的热处理。在化学工业中的部件一般非常复杂和巨大。所述热处理也是消耗成本并且有风险的过程。因此，需要在高温下具有高蠕变和氧化抵抗性，对应力松弛开裂不敏感的耐热钢。本专利技术的目的提供一种耐热钢，其固有地对松弛开裂不敏感，使得可避免在制造过程之后的额外热处理。本专利技术的另一个目的是提供一种钢组合物，其在从550到高达900°C的大的温度范围内，特别地在550到750°C之间的温度范围内具有优异的蠕变性能和氧化性能。本专利技术的另一个目的是提供一种钢组合物，其在高温下具有高的延展性并且在高温下保持之后，其在环境温度下也表现出令人满意的韧性。本专利技术的其他目的是提供一种钢组合物，其具有有限量的昂贵元素例如镍的添加。作为多种测试和研究的结果，专利技术人已经发现，当一些元素，特别是碳、铝、铬、镍、 钼、硼、矾、氮以适当的范围存在于钢中时，可实现本专利技术的目的。根据本专利技术的钢的组织为完全奥氏体。为了这种目的，本专利技术的目的是对松弛开裂不敏感的奥氏体钢，其具有包含如下的组成，以重量百分比计0. 019%彡 C彡 0. 030%,0.75%, Al ^ 0. 25 %,18 % ^ Cr ^ 25 %,12 % ^ Ni ^ 20 %U. 5 % ^ Mo ^ 3 %,0. 001 % ^ B ^ 0. 008%,0. 25%^ V ^ 0. 35%,0. 23%^ N ^ 0. 27%，余量为铁和不可避免的杂质，并且其中:Ni (eq.)彡 1. IlCr (eq. )-8. 24，其中:Cr(eq) = Cr+Mo+1. 5Si+5V+3Al+0. 02, Ni(eq) = Ni+30C+x(N-0. 045)+0. 87，其中对于 0. 25%,χ = 22，对于 0. 25% 彡N彡0. 27%，χ = 20。根据优选的实施方案，钢组合物包含14%彡Ni彡17%。本专利技术的另一个目的是钢产品，其具有上述组成并且其中在750°C的温度下，延长率高于30%。本专利技术的另一个目的是钢产品，其具有上述组成，其中在750°C，在36MPa下，寿命高于 0. 5X105h。3本专利技术的另一个目的是具有上述组成的钢产品的用途，其用于反应器、锻件和管道的制造。对于钢组合物，碳是对形成细小M23C6析出物有效的元素，所述M23C6析出物将提高拉伸和蠕变强度。当碳含量为以重量计0.019%或更少时，这些效果不足。但是当碳含量超过0. 030%时，出现过多的碳化物析出物并且钢变得对SRC敏感。此外，由于碳氮化合物、粗大σ (sigma)相和M23C6碳化物的增多析出物，因此降低了韧性。添加锰作为熔融钢的脱氧剂。锰也与硫结合，因此改善了热加工性。当锰含量高于以重量计0. 5 %时，能获得这些效果。当锰超过3 %时，会提高一些不希望的相例如脆性 σ相的形成动力学。对于锰优选的范围是1.3-1.7%。与锰一样，硅也具有脱氧效果。其也增强氧化抵抗性。低于0.1%时，不会达到这些效果。但是当硅超过0.75%时，钢的韧性会降低。对于硅优选的范围是0.2-0. 55%。铝是熔融钢的强脱氧元素。但是，当铝超过以重量计0.25%时，在长的保持时间期间，在提高的温度下会促进金属间化合物的析出，并且降低韧性。也会促进所不希望的AlN 的析出。因此，将铝保持在少于0. 25 %。优选地，铝含量低于0. 2 %以完全避免AlN的析出。铬会改善在550到950°C之间的氧化抵抗性，并且随着碳氮化物的形成而提高强度。如果铬的含量低于以重量计18%，不会达到这些效果。另一方面，如果铬的含量超过 25%，会促进金属间相例如脆性ο相的形成。此外，随着铬含量的增加，也必须增加镍的含量以保持完全奥氏体组织，因此带来高的生产成本。对于铬优选的含量范围是19-21%。镍是与其他元素例如碳和氮一起保证奥氏体组织稳定性的Y相(gammagene)元素。考虑到铬含量和其他铁素体稳定元素例如钼，镍含量必须高于12%以形成稳定奥氏体组织。如果镍含量超过20%，其效果会饱和并且生产成本会不必要地增加。对于镍优选的范围是14-17%。钼会提高在升高的温度下的强度以及热开裂抵抗性。为了获得在高温下的所需蠕变强度，少于1. 5%的钼添加是不足的。但是，当Mo超过3%时，提高强度的效果会饱和，并且热加工性会降低。也可发生σ相的析出，降低室温延展性。对于钼含量优选的范围是 2. 2 至Ij 2. 8%。在含量高于以重量计0.001%时，硼通过在基体中的细小碳氮化物或硼化物的析出来提高蠕变抵抗性，并也强化晶界。超过0.008%，热开裂的风险增加并且焊接性降低。 对于硼最优选的范围是0. 003到0. 005%。在本专利技术中，由于钒形成细小的晶间碳氮化物而使其成为重要的元素。也可以以钒的硼化物形式发生析出。这些析出物改善了蠕变强度和韧性。当钒的含量不少于以重量计0.25%时，最佳地获得这些效果。但是，当钒超过0.35%时，粗大的碳氮化物和ο相趋向于大幅降低强化效果和室温延展性。与碳一样，氮对于提高屈服强度、拉伸强度和蠕变强度是有效的元素。作为Y相元素，其也促进完全奥氏体组织的形成。少于0. 23%时，氮不会以对于获得这些效果充足并最佳的量形成碳氮化物。另一方面，超过0. 27%的氮会产生过多的粗大氮化物，其降低温度延展性和韧性。也限制氮和铝以抑制AlN析出。除了铁，本专利技术的钢可含有由加工或熔炼导致的偶存杂质。在这些杂质中，在环境温度下或者在高温下，硫、磷和氧在延展性方面以及在焊接性能方面具有不利的影响。因此，应当将其限制为尽可能低的量。优选地，硫应当低于0. 005%，磷低于0. 030%，以及氧低于0.010%，以重量计。根据本专利技术的钢具有奥氏体显微组织。因此，在提高的温度下不易于发生在脆性 σ相中的铁素体的进一步分解。当“铬当量”(CHeq))和“镍当量”(Ni (eq))为如下时，会获得完全奥氏体组织，Ni (eq.)彡 1. 1 ICr (eq. )-8. 24，其中Cr (eq) =本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·博纳富斯，A·法尼卡，L·库德勒塞，T·奥里亚那，J·C·范沃特尔，
申请(专利权)人：安赛乐米塔尔研究与发展有限责任公司，材料开发中心股份公司，荷兰应用科学研究组织TNO，
类型：发明
国别省市：