高温耐热耐腐蚀不锈钢及其制造方法技术

一种高温耐热耐腐蚀不锈钢及其制造方法，其化学组成，以质量分数计，含有＜0.08％的碳(C)、含有＜1.50％的硅(Si)、含有＜2.00％的锰(Mn)、含有＜0.045％的磷(P)、含有＜0.03％的硫(S)、24.0％-26.0％的铬(Cr)、19.0％-22.0％的镍(Ni)、0.5％-1.0％的铌(Nb)、＜0.003％的硼(B)、可以含有＜0.01的镧(La)或稀土元素(Re)，余量为铁(Fe)和不可避免的杂质元素。优选的冶炼程序为首先进行真空感应熔炼，真空电弧重熔或电渣重熔，热加工成型后再进行固溶处理和时效处理。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高温耐热耐腐蚀不锈钢，具有良好的高温强度、塑性、高温组织稳定性、韧性、和耐氧化/硫化/氢化/碳化性能的结合，可以适用于大型电力、石化、环保设备中使用的材料和在高温的氧化/硫化/氢化/碳化环境中的扁平件，为可以铸造和可以焊接的镍基合金，属于材料工程

技术介绍
高温耐热耐腐蚀不锈钢相对于普通不锈钢(18-8系列、马氏体不锈钢、铁素体不锈钢等)在诸多复杂的腐蚀环境和高温条件下具有绝对的优势，广泛应用于电力、石油化工、恶劣环境下的环保设备等领域中。一直以来，发展更高温度条件下使用的耐热耐腐蚀不锈钢以及在严苛的中等温度条件下长期使用的耐热耐腐蚀不锈钢是研究人员的目标。例如，在不断需要提供更加先进的合金以保持行业发展的四个工业领域电力、石油化工、恶劣环境下的环保设备和加热炉用合金。这些领域的应用具有共同点，需要不断提高在更高温度下使用时的强度，同时提高耐硫化腐蚀，以保证部件在使用寿命期内能够安全使用。长期在野外工作的环保设备如脱硫装置，常常因为温度高、氧化硫化环境恶劣等因素，常因硫化腐蚀而致环保设备寿命很短。而这些环保设备的维修，又需要专业的机械，非常不方便和耗时，现今这些环保设备又面临着提高工作温度以提高效率，加剧了合金的更新换代。在石油化工和电力设备中，面临环保和效率两大问题，世界范围内都面临着通过提高工作温度和压力以提高效率这一现实问题。长期工作在高温高压和硫化/氧化/氢化/碳化腐蚀环境中，既要求较高的高温强度和抗氧化/硫化/氢化/碳化腐蚀性能，又要考虑设备的制造工艺性能、焊接性能及一些加工性能。为满足新的强度、温度和复杂气氛下耐腐蚀性能需求，原使用的不锈钢和迄今正在其他领域使用的一些时效硬化合金，通常不能同时满足高温强度、最高使用温度和相稳定性、耐氧化/硫化/氢化/碳化性能的需求。例如，典型的时效硬化型镍基合金，必须提高合金的Cr含量以增强抗硫化性能，但增加Cr含量不仅不利于合金的强化，而且如果加入过量，导致在合金中析出脆性σ相、μ相或α-Cr相形成，增加合金脆化的危险性。本专利技术克服和避免了前面所提到的问题，通过Cr、Nb、Ni、Re等元素的组合，提供一个具有优越的抗硫化/氢化/碳化腐蚀气氛的高温耐热耐腐蚀不锈钢、使得合金在800°C以下的高温范围内具有强度、塑性、相稳定性和韧性以及加工性能的良好结合，具有在大型电力、石化、环保设备以及在加热炉中使用的广阔应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术中的不足，提供一种具有高温强度、塑性、相稳定性、韧性和耐氧化/硫化/氢化/碳化性能的良好结合，适合于在高温度下的含硫气氛中长期使用的。为实现上述目的，本专利技术可以通过以下基本化学成分的设计和技术方案来实现本专利技术所提供的一种高温耐热耐腐蚀不锈钢化学成分及其质量百分比为；合金的化学组成中(质量分数)含有<0.08%的碳(C)、含有< I. 50%的硅(Si)、含有< 2.00%的锰(Mn)、含有 < O. 045%的磷(P)、含有 < O. 03% 的硫(S), 24. O % -26. 0% 的铬(Cr)、19. 0%-22. 0% 的镍(Ni)、0· 5%-I. O % 的铌(Nb)、< O. 003 % 的硼(B)、可以含有 < O. 01的镧(La)或稀土元素(Re)，余量为铁(Fe)和不可避免的杂质元素。本专利技术所提供的，其制造工艺步骤是(I)冶炼本专利技术合金可以通过常规的冶炼方法制备，优选的冶炼程序为首先进行真空感应熔炼，将废钢、铬铁在电炉中熔化，钢水熔清后加入硅铁、锰铁，控制碳含量达到要求，炉前调整成分合格后，将熔体温度升高至1560 1620°C，加入硅钙合金进行预脱氧，加入铝终脱氧，然后依序加入硼铁熔化；硼铁全部熔化后，将小于12mm以下的颗粒状铌(Nb)和镧(La)或稀土元素(Re)所组成的复合变质孕育剂用薄铁皮包好，经160 200°C的温度烘烤后放在钢水包的底部，用包内冲入法对冶炼好的钢水进行变质孕育处理；将经过包内变质孕育处理过的钢水在金属型内浇注成自耗电极，熔体浇注温度1400 1450°C。(2)将所浇注好的自耗电极进行真空电弧重熔或电渣重熔，尽量减少杂质元素和熔炼缺陷，并减少合金元素的偏析。(3)合金元素均匀化退火。热加工成型后再进行固溶处理和时效处理。图1-3为在本专利技术范围内冶炼的高温耐热耐腐蚀不锈钢实例的检测结果，分别给出了合金的室温和高温的拉伸强度和拉伸塑性结果和不同温度下的循环氧化动力学行为。合金材质的性能是由金属材料的金相组织决定的，而一定的材料组织取决于材料的化学成分及其热处理工艺，本专利技术的化学成分的确定依据为Cr元素是本专利技术合金的关键元素，因为Cr保证了必须的耐高温氧化和硫化保护膜的形成。和合金中少量的Nb (O. 5-1. 0% )，Si (最多I. 5% ) —起，使得高温下保护膜的保护本质更加加强和有效。这些微量元素增加了保护膜的粘附性、膜的致密性和抗分解能力。Cr含量的最小值保证了能够在合金表明形成完整Cr的氧化膜。在硫化/氢化/碳化气氛中，Cr含量的最小值应大于22.0%，Cr含量更高时加速氧化膜的形成，但是不改变合金表明氧化膜的本质。Cr含量的最大值由合金的稳定性和加工性决定，其值不超过26. 0%。Mn元素在合金的冶炼时作为有效的脱硫剂使用，但在合金中，其减少保护膜的保护作用，因而，Mn含量限制在2. 0%以下，高于此含量，将在氧化膜中形成MnCr204尖晶石相，从而降低Cr203膜的保护性能。Si元素是本专利技术中的重要元素，因为Si最终在Cr203保护膜的下面形成Si02层，提高耐氧化和硫化性能，Si含量在O. 5%以下是有效的，过量的Si将导致合金在晶界形成其他相，并影响合金的塑性、韧性和加工能力。 Fe元素降低合金的耐高温腐蚀性能，其氧化后与表面的Cr氧化膜组成FeCr204尖晶石相而降低Cr203的完整性，因此，Fe含量远远低于18_8系列不锈钢。C应当保持在O. 08%以下，与Ti和Nb —起形成一次碳化物有助于控制晶粒尺寸，这些元素的一次碳化物在本专利技术合金的热加工范围(1050-1160°C)是稳定的。同时，这些碳化物也有助于强化晶界提高持久性能。Ni元素是重要的奥氏体形成元素，为了保证相稳定性、足够的高温强度、塑性、韧性和良好的加工能力，其含量必须保持在19 %以上。通常而言，本专利技术合金尤其适用于电力、石化、环保设备、加热炉等长期工作在硫化气氛中的高温扁平件。有益效果与现有技术相比，本专利技术具有如下优点本专利技术合金所设定的元素组合适宜于长期在含硫气氛中应用。可以通过控制Cr含量范围(24.0-26.0% )，达到不破坏合金中一些强化析出相的稳定性、不产生脆性相的目的，同时，通过限制一些合金化兀素的范围，如Si含量小于I. 5 %, Mn含量小于2. O %, Ni含量在19. 0-22. 0%之间，C小于O. 08%，在上述限定的合金元素范围内，可以获得足够的抗氧化/硫化/氢化/碳化性能，又不至于影响合金的综合应用性能。一般情况下，在尽力获得最大耐高温腐蚀性能时，导致合金失去必需的高温强度。本专利技术合金通调整析出硬化元素Nb、Cr、Ni的平衡，强化元素的过量加入，不仅减本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：毛征东，蒋红军，耿德英，丁家伟，孙健，
申请(专利权)人：江苏锦越航空合金材料有限公司，
类型：发明
国别省市：