[发明专利]一种高铝铁素体耐热钢

说明书

技术领域

本发明属于铁素体耐热钢技术领域，具体涉及一种高铝铁素体耐热钢。

背景技术

为了大幅降低燃耗、节省能源、减少CO₂及其它有害气体的排放量，从而减少温室效应和环境污染，有必要提高火电机组汽轮机的工作温度。例如，将燃煤蒸汽轮机蒸汽的操作温度从550～580℃提高到620～650℃，工作压力提升到300大气压(atm)，可将机组的发电效率提高10％左右，带来可观的经济和环保效益。然而，工作温度的提高对耐热钢的高温性能提出了更高的要求，不仅需要耐热钢具有足够好的高温抗蠕变强度，并且也要求其具有优良的高温抗氧化/腐蚀性能。

目前用于制造燃煤蒸汽轮机等高温结构部件的铁素体耐热钢都是一类Cr含量为9～12wt％的铁素体耐热钢(如：P92钢)，经适当正火和回火后使用。在620～650℃的温度区间，这类铁素体耐热钢虽然能够具有较好的抗蠕变强度，但是抗氧化性能差，特别是抗水蒸汽氧化性能差，其表现特征是氧化时只能生成不具有防护性的表面Fe₂O₃或Fe₃O₄氧化膜，而不能生成具有防护性的表面Cr₂O₃钝化膜。另外，即便能够通过调整成份使这类耐热钢具有在氧化时生成表面Cr₂O₃钝化膜的能力，这样的表面钝化膜在高温水蒸汽环境中的化学稳定性差，能够水解挥发。所以它不仅在高温水蒸汽中的防护能力差，且水解挥发物能够沉积在蒸汽轮机或其它机械系统中温度较低的部位，破坏系统设备。

要使耐热钢具有抗高温水蒸汽的性能，则需要使其具有在氧化时自生成表面Al₂O₃钝化膜的能力。目前，虽有能在高温氧化时生成表面Al₂O₃钝化膜的耐热钢的制造方法(CN1179477A、US2008/0163957 A1和US7744813 B2)的技术公开，但都是奥氏体耐热钢，其中镍含量高达20％以上，造价贵，并且奥氏体钢是一类晶体结构与铁素体钢有本质上不同的钢材，其导热性能和热膨胀性能比铁素体钢差。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提出一种成本低、抗高温氧化、抗高温蠕变的高铝铁素体耐热钢。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：耐热钢化学成分及其质量百分含量是：Cr为9～15wt％，Co为1～5wt％，W为0.5～4wt％，Mo为0.5～4wt％，Al为2～4wt％，Nb为0.01～0.9wt％，V为0.1～0.8wt％，C为0.001～0.08wt％，N为0.001～0.05wt％，B为0.001～0.02wt％，Si为0.1～0.4wt％，Ti为0.01～0.1wt％，Ta为0～0.5wt％，Re为0～0.1wt％，余量为铁和不可避免的杂质。

其中的Re为Y或为Hf或为Ce。

该高铝铁素体耐热钢的制备方法是，按所述的耐热钢化学成分及其质量百分含量进行配料，将其加入真空感应炉中熔炼，然后浇铸成钢锭，采用热轧或热锻方法制成板材或棒材；再在1050～1100℃条件下正火1～1.5小时，然后在780～800℃条件下回火1～1.5小时，炉冷，即得高铝铁素体耐热钢。

由于采用上述技术方案，本发明以铁作为基体，往其中加入适量的Cr、Co、W、Mo、Al、Mn、Si、Nb、V、Ta、C、N和B的合金元素，还加入Y或Hf或Ce，实现集固溶强化、Laves Fe₂(W，Mo)相和M(C，N)析出相强化为一体的综合热强化，提高铁素体钢的抗高温蠕变性能，并且使这类铁素体耐热钢在高温氧化环境中能够自生成具有防护作用的表面Al₂O₃钝化膜。使其在高温氧化环境中，特别是在高温水蒸汽中，具有好的高温抗氧化性能。从而使铁素体耐热钢具有抗高温氧化和抗高温蠕变的双重功能。