[发明专利]一种高强度高延伸率的高合金钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于高合金钢领域，主要涉及一种高强度高延伸率的高合金钢及其制造方法。

背景技术

HR120系列高合金钢是上世纪中叶进入市场的，其目的是能够更好地满足更高的耐蚀和耐热要求。在过去的几十年间，这类高合金钢因其高温强度、抗高温氧化性及其他高温耐蚀性能而得到广泛应用。它是一种固溶强化的耐热合金，有较高的高温强度也有优良的抗碳化和抗硫化性能。该合金能广泛应用在对合金有高强度、良好的抗碳化和抗硫化要求的环境中，在发电和化学处理中有很好的应用，比如条框热处理篮，辐射管，换热器，废物燃烧炉等，在垃圾焚烧工业和压缩热交换器中应用广泛。

这种高合金钢是完全奥氏体组织，其耐热性能明显优于奥氏体不锈钢，而热膨胀系数略则略低于奥氏体不锈钢，强度、硬度较高。因而，与奥氏体不锈钢相比具有使用寿命长、可靠性高、稳定运行好、维护费用少等特点。采用高合金钢管替代奥氏体不锈钢可以进一步提高条框热处理篮，辐射管，换热器，废物燃烧炉等发电和化学处理装置的使用寿命和可靠性，同时能更好地保障设备正常运转。

提高高合金钢中的镍铬含量，能够提高其耐腐蚀性能。腐蚀性能提高的同时，对蠕变强度要求也越来越高，添加并适当提高钴含量可以改善蠕变强度。条框热处理篮，辐射管，换热器，废物燃烧炉等发电和化学处理装置不仅耐腐蚀性好，同时，也必须具有良好抗高温变形性能，以便能够适应长时间的高温环境下服役。

镍基耐蚀高温合金具有全奥氏体显微组织。化学工业使用的几乎所有的镍基耐蚀合金都是固溶强化状态。部分合金添加有效硬化元素，如Mo和W，提高合金的强度。也采用添加Co等合金元素来强化合金基体，确保镍基耐蚀合金具有设计要求的性能。然而，部分品种添加Co等会显著增加成本(Co价格昂贵)，并且会增加生产的难度，即添加钴后，合金塑性变差，再热加工过程中更容易开裂。

表1给出了相关典型钢种的化学成分。表2给出了相关典型钢种的力学性能和浇铸方式。

表1相关典型钢种的化学成分(wt％)

表2相关典型钢种的力学性能和浇铸方式

由表1和表2可见，现有技术中的部分镍基耐蚀合金还不能完全满足目前使用和制造的要求，需要开发一种强度高、蠕变性能好、生产经济的镍基耐蚀高温合金。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强度高延伸率的高合金钢及其制造方法，该高合金钢既有较高的强度(屈服强度≥375MPa；抗拉强度≥735MPa)、良好的加工成型性能(延伸率≥51％)和蠕变强度≥35MPa(1％，10000h)，且材料成本相对较低。该合金钢具有完全奥氏体组织，即从初始凝固至室温均为奥氏体组织；该合金钢能够满足条框热处理篮、辐射管、换热器、废物燃烧炉等发电和化学处理装置使用环境。

为实现上述目的，本发明的技术方案是，

一种高强度高延伸率的高合金钢，其成分质量百分比含量为：C 0.04～0.08％、Si 0.40～1.0％、Mn 0.3～0.8％、Cr 23.0～27.0％、P≤0.035％、S≤0.001％、Ni 35.0～39.0％、Mo 2.0～3.0％、W 2.0～3.0％、N≤0.020％、Al 0.05～0.12％、Nb 0.5～1.5％、其余为Fe和不可避免的杂质；其中，Nb/Al＝10～25，Nb/N＝25～75，Nb/C＝10～15。

优选的，Nb的质量百分含量为0.6～1.2％。

优选的，Al的质量百分含量为0.09～1.1％。

优选的，Mo的质量百分含量为2.0～3.0％。

优选的，W的质量百分含量为2.0～3.0％。

所述杂质元素中Cu+O≤0.3％。

在本发明合金成分的设计中：

C和N：通常，C含量主要影响碳化物的析出量和析出温度范围。Nb和Cr均是很强的碳化物形成元素。在平衡态下，NbC比M₂₃C₆先析出。NbC的形成可以减少M₂₃C₆数量，从而改善抗晶间腐蚀性能。

碳和氮具有一定的强化作用，但是，过高的碳和氮含量会降低材料的耐蚀性能。目前冶炼设备的生产能力能够满足将碳和氮控制在所要求的范围内。这样，既有利于改善材料力学性能，又能够提高材料的抗腐蚀性能。