[发明专利]一种铁素体耐热钢

说明书

技术领域

本发明涉及钢铁冶金领域，特别涉及一种铁素体耐热钢。

背景技术

以发电用的锅炉及汽轮机为代表的原子能发电设备、化学工业装置等，往往采用奥氏体系耐热钢或铁素体系耐热钢来制备，以便这些装置能在高温高压环境下长时间使用。而铁素体系耐热钢因为价格便宜、热膨胀率低、耐热疲劳性能好，所以多应用于高温用部件中。

近年来，随着钢应用环境恶劣程度的加深，对于铁素体系耐热钢的使用性能、特别是对于蠕变强度和抗氧化能力的要求更加严格了。目前往往采用提高钢材中Cr含量至10％～13％，从而提高材料抗氧化能力的方法。但是，随着Cr含量的提高在钢组织结构中会出现较大量的δ铁素体，这对于材料的高温蠕变强度和韧性是不利的。

目前，现有技术广泛采用添加奥氏体元素如C、Ni、Co、Cu来抑制钢中δ铁素体的形成。但是，添加C会使材料焊接性能降低；添加Ni会使得Ac1转变点下降，将限制回火温度的提高，而回火温度低虽然对于钢的低温短时间持久强度是有利的，但对于钢的高温长时间持久强度不利；添加Co有利于提高钢的持久强度，但是添加过量的Co，尤其是超过3％的Co会降低12％Cr钢的持久强度；添加适量的Cu对于钢的持久强度影响不大，但添加超过1.0％的Cu会降低材料可加工性。

截止目前，世界各国对于12％Cr铁素体耐热钢申报了很多专利，这些技术通过同时添加Co和Cu来提高材料性能。

日本专利申请JP10219403A、JP2002180208、JP2005023378、JP08120414、JP05311345A、JP07062497A和中国专利CN02809922.2公开的钢中添加了Ni，Ni使得Ac1转变点下降，这样会限制回火温度的提高，这对于提高钢的高温长时间持久强度是不利的。

日本专利申请JP05311346A公开的钢中添加了W但不含Mo，但是，同时添加W和Mo会有益于提高钢的持久强度。

日本专利申请JP2002004008公开的钢中虽然提及选择性添加Co，但对于Co的添加没有明确范围，同时亦提及添加≤4.0的Ta。

日本专利申请JP08218154A公开的钢中为了抑制高温铁素体的形成，添加过量的Co，却没有添加Cu，这样不利于提高钢的持久性能，同时钢中亦没有添加B，这也不利于稳定碳化物。

日本专利申请JP08225832A公开的钢中没有添加B，不利于提高钢的持久强度和稳定碳化物。

日本专利申请JP08225833A公开的钢中提出添加Co，但是这种添加是作为一种减少残余奥氏体量的加热处理方法而不是作为钢的一种化学组分；此外，该申请涉及的钢的化学组分范围宽泛且不可能从中得到用途上的教导。

日本专利申请JP05311344A和专利JP09291308A公开的钢中同时添加适量Co和Cu并涉及一种有关Cr、Co、Cu的关系式。对于11％～13％Cr的铁素体耐热钢，为了抑制δ铁素体的形成，添加超过3％的Co和/或超过3％的Cu，不但增加成本，而且会降低钢的持久强度和可加工性。

综上所述，11～13％Cr的铁素体耐热钢制备过程中高温条件下会产生δ铁素体，这对于铁素体耐热钢的耐高温氧化、耐高温蠕变性能和高温持久强度是不利的，不能满足现有对铁素体耐热钢应用环境的要求。现有技术往往通过添加一些奥氏体形成元素如Ni、Co、Cu、C等来抑制δ铁素体产生，但这往往又会导致铁素体耐热钢其他一些性能的降低，而且Co等元素价格昂贵，也会使得钢的制造成本大大增加。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种铁素体系耐热钢。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种铁素体系耐热钢，所述耐热钢以重量百分比计由下列组分组成：C：0.18～0.22％，Si：0.15～0.25％，Mn：1.5～1.7％，Cr：15.5～16.5％，Ni：0.6～0.8％，V：0.6～0.8％，Ti：0.15～0.25％，Co：3.50～4.50％，Cu：1.30～1.50％，B：0.02～0.04％，N：0.15～0.25％，Zr：0.30～0.50%，S≤0.03，P≤0.05，余量为Fe和不可避免的杂质。