[发明专利]一种低合金耐热高强钢及其构件

说明书

技术领域

本发明涉及一种钢铁材料及其构件，尤其是一种低合金耐热高强钢及其构件。

背景技术

高温条件下(通常指材料熔点的0.3-0.5倍以上的温度)，具有抗氧化性和足够高温强度以及良好的耐热性能的钢称为耐热钢，而耐热钢中最具代表性的一类是低合金耐热高强钢，例如我国的15CrMo即是一种典型的低合金耐热高强钢，15CrMo因其良好的耐热性能、力学性能、耐腐蚀性能而被广泛使用于锅炉、石油化工、煤转化、汽机轮缸体、火电、核电等使用条件苛刻、腐蚀介质复杂的大型设备的管道、容器、零部件等。

然而随着现代工业的飞速发展，15CrMo耐热高强钢已经越来越难以满足工业设备在强韧性、蠕变性、焊接性等方面更高的要求，优化合金成分、调整冶炼、轧制等生产工程中的工艺参数日益成为人们对于改善15CrMo钢所关注的焦点。同时，由于要获得需要的优异的耐磨性和耐疲劳性等，还需要对其进行渗碳淬火等热处理，而这往往使得产品产生一定的形变而影响产品的尺寸精度。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的即在于优化设计15CrMo钢的成分，以及调整冶炼、轧制、热处理等的工艺参数，从而制备得到一种强韧性、耐蚀性、焊接性优异且热处理后变形小的新型低合金耐热高强钢及其构件产品。

本发明所采用的技术方案如下：一种低合金耐热高强钢及其构件，其是通过以下步骤制备得到的，

第一，设计所述低合金耐热高强钢的成分，以重量百分含量计(％)，包含：C 0.09-0.11，Si 0.06-0.2，Mn 0.06-0.35，Cr 1.3-1.5，Mo 0.35-0.45，P≤0.009，S≤0.006，Ni 0.2-0.4，Cu0.01-0.08，V 0.3-0.4，Nb 0.1-0.2，W 0.2-0.5，Ti 0.005-0.02，余量为Fe和不可避免的杂质；

第二，冶炼浇注，包括电弧炉初炼，钢包RH处理和LF处理，控制钢液符合化学成分要求后浇注，其中钢包精炼时以3atm以上的压力进行吹氩至少5分钟，以有利于杂质的上浮去除；

第三，轧制，包括均热处理，轧制和冷却，其中均热处理是在约1100-1150℃的加热炉中均热至少约4-6小时，轧制的开轧温度约为1000-1100℃、终轧温度约为840-880℃，冷却速度约为5-10℃/s、终冷温度约为650-680℃；

第四，构件的加工，将轧制后的低合金耐热高强钢加工成需要的尺寸和形状，制备得到构件；

第五，构件的热处理，将构件以竖直的状态放入渗碳处理炉后，加热到约870-900℃，并以约80-100滴/分钟的速度滴入甲醇，同时通过控制丙烷的流量维持炉内碳势在约0.8-0.9％，进行扩散渗碳处理约2-2.5小时，随后将构件预冷到约750-780℃同时降低炉内碳势至约0.7-0.75％并保温约5-10分钟，然后将构件从渗碳炉中取出并在油温为约120-140℃的冷却油中直接淬火，淬火后再进行回火，回火温度约为160-180℃，回火时间约为1-1.5小时。

下面对本发明的各个步骤予以解释说明：

第一，化学成分的选取：

C 0.09-0.11％，C的含量与钢的强韧性有直接关系，出于高温韧性以及焊接性能的考虑，将15CrMo的C含量降低，但为保证钢的高温强度，其至少应为0.09％，同时为保证高温韧性特别是焊接性，最多为0.11％。

Si 0.06-0.2％，Si为脱氧元素，要保证脱氧效果，至少应为0.06％，但过多的Si会降低高温韧性，因此最多为0.2％。

Mn 0.06-0.35％，Mn也是脱氧元素，要保证脱氧效果，至少应为0.06％，但其也会严重降低高温韧性和高温强度，因此在15CrMo的基础上进行调整，最多为0.35％。

Cr 1.3-1.5％，Cr对于耐热钢的高温抗氧化性、高温强度以及高温耐腐蚀性而言都有重要作用，增加其含量至1.3％将有助于钢性能的提高，但过量的增加也会降低高温强度及高温韧性，因此最多为1.5％。

Mo 0.35-0.45％，Mo对于蠕变强度的提高有利，还能够提高钢的焊接性，其含量应至少为0.35，但过量的Mo将会降低韧性，因此最多为0.45％

P≤0.009％，S≤0.006％，两种杂质元素，再成本允许的情况下，其含量越低越有利于钢的性能的提高。

此外，在15CrMo的基础上添加适量下列合金元素，以提高其各项性能：