[发明专利]一种新型含氮奥氏体耐热钢

说明书

技术领域

本发明涉及合金钢中的奥氏体耐热钢，特别是一种新型含氮奥氏体耐热钢，适用于制作在高温工作条件下的各种耐热构件。

背景技术

奥氏体型耐热钢通常以Cr-Ni作为主要合金元素，其中Ni作为扩大奥氏体区的主要元素经常被大量的加入钢中以保证在常温下得到奥氏体组织。例如行业中使用的20Cr25Ni20钢、06Cr25Ni20钢、16Cr25Ni20Si2钢的Ni含量均在20％左右。

查有关这方面的中国专利，如“奥氏体耐热钢”(公开号CN1095425A)公开了一种适用于高温热腐蚀环境下和恶劣的渗碳条件下的奥氏体型耐热钢。其化学成分中的Cr为18～28％，Ni为29～38％，使用温度在900～1150℃。

“高硅奥氏体耐热钢”(公开号CN 1052906A)公开了一种以高Si和Cr-Ni为主的具有高温抗氧化性、抗渗碳性、良好常高温力学性能和耐热疲劳性的奥氏体型耐热钢。由于添加5.01～8.59％的高含量Si，其Cr、Ni含量均有所降低，分别为16～20％和14～22％，使用温度在900～1200℃。

“高铝奥氏体耐热钢”(公开号CN 1179477A)公开了一种以高Al和Cr-Ni为主的具有综合力学性能好、抗氧化、尤其是抗硫腐蚀等特点的奥氏体型耐热钢。由于添加3.0～7.0％的高含量Al，其Cr、Ni含量均有所降低，分别为17～25％和20～30％，使用温度在1000℃以下。

“一种Cr-Ni系奥氏体耐热钢弹簧及其冷拔钢丝的制备方法”(公开号CN 101642782A)公开了一种Cr-Ni系奥氏体耐热钢弹簧及其冷拔钢丝的制备方法。其中Cr、Ni含量分别为14.0～16.0％和25.0～28.0％，使用温度在600℃以下。

“一种高Cr高Ni奥氏体系耐热铸钢及由其构成的排气系统零件”(公开号CN 1942598A)公开了一种高Cr高Ni用于排气系统零件的奥氏体耐热铸钢。其中Cr、Ni含量分别为15～30％和6～30％，并含有0.05～0.4％的N，使用温度在1000℃以上。但此发明中Nb含量相对较高0.5～5％，过多的Nb含量会导致晶界上的共晶碳化物增多，从而降低其强度和延展性，并使其脆化。

针对上述对于奥氏体耐热钢由于加入Ni等元素所带来的问题，目前有些专家提出采用氮代替Ni生产奥氏体耐热钢的观念，例如：“YU S701奥氏体不锈钢RO F内罩的脆断特征及脆化机理”(武汉交通科技大学学报24(6))报道一种含氮奥氏体耐热钢。日本钢号为25Cr-13Ni-2Si-0.8Mo-0.25N，使用温度达到1200℃，室温抗拉强度690MPa以上。但由于在高温使用状态下，奥氏体容易长大，这种钢的使用寿命还有待提高。

综上所述，现有技术奥氏体型耐热钢中的合金含量相对较高，导致制造成本上升。高温使用寿命相对较短，使用成本增加。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明公开一种合金含量低、使用寿命更长的含氮奥氏体型耐热钢，在添加N元素从而降低Ni元素的基础上，还引入了新的合金元素Ti、Nb以使得新型含氮耐热钢产品具有高强度、高塑性，高使用寿命，使用温度1300℃以上的特点，

为了达到上述目的，本发明的主要成分由C、Si、Mn、P、S、Cr、Ni、Mo、Nb、Ti、N元素所组成，其化学成分的重量百分比为：C 0.08％～0.15％；Si1.5％～3.0％；Mn 1.0％～2.0％；P 0.001％～0.035％；S 0.0005％～0.005％；Cr 20％～24％；Ni 11％～13％；Mo 0.5％～0.7％；Nb 0.01％～0.05％；Ti 0.01％～0.03％；N 0.2％～0.4％，其余为Fe和杂质。

本发明中合金元素C、Si、Mn、P、S、Cr、Ni、Mo、Nb、Ti、N限定量的理由详述如下：

C在钢中形成碳化物，有利于高温强度。此外，它还作为一种奥氏体形成元素，抑制δ铁素体的形成。因此，C的含量必须至少0.08％。然而，其过量加入增大了焊接热影响区的硬度，并增大对焊缝金属冷裂的敏感性和对焊后再加热开裂的敏感性。此外，高C含量的钢在高温下长期使用时变脆。因此，C含量的上限为0.15％，优选为0.12％

Si在钢的制造中作为脱氧元素，对于改善钢的抗氧化性能和耐高温腐蚀性也是有效的。然而，它也导致在高温长期使用过程中钢的韧性降低。因此，Si含量的上限为3.0％，优选为2％。其下限可以是不可避免的杂质量的水平，但是为了保证脱氧效果，优选为至少1.5％。