[发明专利]一种高温用无缝铁素体合金钢及其生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高温用无缝铁素体合金钢及其生产方法，属于冶金材料领域。

背景技术

随着电力工业的发展和全球对环境问题的日益关注，节约一次能源、加强环境保护、减少有害废气排放、降低地球温室效应已引起国内外的高度重视。从电站锅炉的设计和实绩运行过程中，人们逐渐达成共识，只有提高蒸汽参数(压力和温度)，才能有效地提高机组的热效率，降低煤耗，减少有害气体排放量，满足环境保护和节约能源的要求。因此，世界各国的电站锅炉都向着大容量和高参数的方向发展。特别是最近几年，我国火电机组先后投入使用了大容量、高参数超临界、超超临界机组。毋庸置疑，超临界、超超临界机组的发展是以材料的发展为基础的，在高温、高压下运行的材料要求具有良好的高温强度和优异的抗氧化性能等。应用于超(超)临界机组的过热器、再热器的金属壁温小于580℃。针对这一特殊使用条件，开发抗高温性能好的耐热钢是发展高效超临界、超超临界火电机组的关键技术之一。目前，还未有与本发明体系相近专利。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有良好的高温强度和优异抗氧化性能的高温用无缝铁素体合金钢及其生产方法。

为实现上述目的，本发明是通过如下措施来实现：

一种高温用无缝铁素体合金钢，其特征在于，构成材料的质量百分比化学成分为：C 0.05～0.09；Si 0.20～0.50；Mn 0.10～0.60；Cr1.95～2.55；W 1.50～1.75；B 0.001～0.005；Ti 0.005～0.06；Mo 0.05～0.30；Nb 0.02～0.08；V 0.20～0.30；N≤0.015；P≤0.020；S≤0.005；Al_tot≤0.015；O≤0.003，其余为Fe及不可避免的杂质，质量百分数总计100％。同时，要求Ti/N≥3.5。

C、Si、Mn是钢中主要的基本合金元素，对钢的强度、塑性等基本力学性能起着关键的作用，对钢的焊接性、耐蚀性和抗氧化性也有很重要的影响，而且决定着钢的组织结构。综合考虑上述各因素的影响，设计了本体系的C、Si、Mn含量。

W在钢中，除与碳化合形成碳化物外，部分地融入铁中形成固溶体。它在钢中的用途主要是增加钢的回火稳定性、红硬性和热强度，以及由于形成的特殊碳化物而增加的耐磨性。本发明以W取代部分Mo，形成以W为主的W-Mo的复合固溶强化，使钢的长期持久强度提高。因此W选择在1.50～1.75％范围内。加入Mo主要是为了提高钢的热强性，起到固溶强化的作用。B突出的作用是微量的B就可以成倍地增加钢的淬透性。主要是它吸附在奥氏体晶界上，降低了晶界的能量，阻抑铁素体晶核的形成，因为延长了先共析铁素体和上贝氏体转变的孕育期；但对已形成的晶核的成长，则影响极微。所以它对低碳钢有效，因而B控制在0.001～0.005％范围内较适宜。Mo-B协同作用对奥氏体上铁素体的形核具有更加强烈的抑制效应，从而使奥氏体转变动力学曲线发生深刻改变，导致贝氏体区的扩大。Ti-B的复合利用不但使MC相更加稳定，而且能抑制晶界区孔洞的形核及其长大过程，提高晶界强度，从而提高钢的持久断裂塑性。B也能参与碳化物的反应，有助于碳化物的均匀分布及其稳定性，从而有助于热强性的提高。当N含量较高，Ti不能满足Ti/N≥3.5时，由于没有足量的Ti元素来平衡过高的N含量，过量N元素会消耗掉材料中B元素，从而导致材料淬透性不足。

Cr主要是提高耐热钢的抗氧化性、抗腐蚀能力，含铬量小于5％时，600℃开始剧烈氧化。本发明钢种特定工作温度不高于580℃，Cr含量在1.95～2.55％即能满足使用要求。加入微量Nb和N形成碳氮化物弥散沉淀强化，降低了含C量，提高其加工性能和焊接性能。S是引起原晶界弱化的主要杂质元素，可以导致钢蠕变脆化；A1含量过高也会影响钢的持久塑性和强度。因此，S、A1控制在较低的水平。