[发明专利]一种高持久强度奥氏体耐热钢

说明书

技术领域

本发明属于耐热钢技术领域，特别是提供了一种奥氏体耐热钢，适用于电站中在 高温高压或和汽腐蚀环境中的锅炉用钢管。

背景技术

我国经济高速发展，资源和能源已成为制约发展的瓶颈。提高蒸汽参数与发展大 容量机组相结合是提高常规火电厂效率及降低单位容量造价最有效的途径，因此发展超临 界和超超临界火电机组对降低成本，节省煤炭资源、减少污染具有重大而长远的意义。超临 界及超超临界机组的发展与耐热钢材料的发展是密切相关的。要实现更高蒸汽参数下机组 的可靠运行，必须研究开发适应于高蒸汽参数的强度更高、性能更可靠的耐热钢。

在现有的技术中，工作在高温高压或蒸汽腐蚀环境中的锅炉材料，可分为三大类： 铁素体耐热钢、奥氏体耐热钢以及镍基合金。铁素体系耐热钢虽然具有导热系数大且膨胀 系数小的优点，但是当蒸汽温度超过650℃，铁素体耐热钢组织稳定性变差，性能急剧下 降，不能适应更高蒸汽参数的部件的制造。镍基合金成本较高，只能用于温度更高的先进超 超临界机组。因此，具有高温组织稳定性好、高温强度、高温持久强度特征的奥氏体系耐热 钢受到重视并得到了发展。随着电站锅炉参数的不断提高，要求高温承压件具备更高的高 温持久强度，抗蒸汽氧化和耐烟气腐蚀性能。S30432是由日本住友金属株式会社和三菱重 工共同开发的较为成功的奥氏体耐热钢，主要用作过热器和再热管道，由于电站材料长期 暴露于高温高压蒸汽环境中，对该类材料的抗高温蒸汽腐蚀和高温持久强度提出了更高要 求。为提高电厂运行的安全性，一般使过热器和再热器管壁厚度较大，这不但导致换热效率 降低，而且还会因为奥氏体钢的膨胀系数大引发其它问题。因此，提高S30432钢高温性能， 是函待解决的问题。

S30432钢是在TP304H的基础上，通过降低Mn含量上限，加入约3%的铜、0.45%铌和 微量的氮获得。该钢被纳入ASMECodeCase2328-1,该标准要求成分(wt%)为:C:0.07- 0.13%，Si：≦0.3%，Mn≤1%，P≤0.045%，S≤0.03%，Al≤0.02%，Cr：17~19%，Ni：7.5~10.5%， Cu：2.5~3.5%，Nb：0.2~0.6%，N：0.05~0.12%，Fe：余量。该钢在服役运行时产生细小弥散的富 铜相，Nb(C,N)、M23C6和NbCrN，从而达到高温强度、高温塑性及抗高温氧化的最佳组合。但 是，这种钢经过高温长期服役或长时时效后，析出相发生长大，持久强度降低。其中，粗大的 Z相(NbCrN)是由于持久和时效过程中Cr扩散至MX型析出相中形成，使得持久强度减弱。因 此，设法抑制富铜相和Nb(C,N)的长大、抑制粗大的Z相(NbCrN)的形成对改善S30432钢的持 久强度十分有效。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有更高持久强度的奥氏体耐热钢材料。

根据本发明的目的，本发明所提出的具有更高持久强度的奥氏体耐热钢材料，是 以S30432奥氏体耐热钢为基础，通过调整优化S30432钢的成分，增添合适的合金元素，使其 提高高温持久强度，其化学成分如下:

本发明的化学成分重量百分含量为：C：0.07~0.13%，Si≦0.3%，Mn≤1%，P≤0.045%，S≤ 0.03%，Al≤0.02%，Cr：17~19%，Ni：7.5~10.5%，V：0.05~0.50%，Cu：2.5~3.5%，Nb：0.2~0.6%， N：0.05~0.12%，Mo：0.10~0.50%，Fe：余量。

根据上述目的本发明采用在S30432耐热钢的基础上，通过添加V和Mo元素，调整 Mn、Ni、Al的成分范围，实现了显著提高高温持久强度的目的。

奥氏体耐热钢通常采用固溶强化、沉淀强化和晶界强化三种强化方式。上述发明 技术方案的工艺原理是通过V元素固溶强化、V元素促使细小析出相析出的析出强化、Mo元 素抑制MX相长大，Mn、Ni、Al元素抑制富铜相的长大共同作用。

固溶V为了降低位错能将会偏聚在亚晶界。由于V的扩散速度非常慢，堆积的位错 被强烈地钉扎在亚晶界处，位错增殖速率高，对位错的滑移、攀移及亚晶界的迁移阻碍作用 更强，继而起到强化作用。

由于细小的析出相数量增加，这些细小的析出相对位错和孪晶界有强烈的钉扎作 用，长时间蠕变后仍能有效的锁固位错的攀移，从而很好的提高高温强度。