[发明专利]一种低碳高强度奥氏体耐热钢及其制备方法

说明书

本发明公开了一种低碳高强度奥氏体耐热钢及其制备方法，制备方法具体操作为：在初炼阶段对钢水的成分进行初调，在精炼阶段持续调整氧气与氮气的流量比，并在精炼中期先后向钢水中加入脱氧剂和脱硫剂，在精炼后期，向钢水中加入合金添加剂并精调钢水成分，然后经过浇注和热处理得到成品钢材。成品钢的成分包括C、Si、Mn、S、P、Cr、Ni、Nb、Mo、Pb、Sn、Zn、As、合金添加剂和Fe，合金添加剂为B、Zr或稀土中的至少一种。采用本方法所制备的耐热钢可有效解决现有钢材塑韧性与高温强度不能兼顾的技术问题。

技术领域

本发明属于耐高温金属材料技术领域，具体涉及一种低碳高强度奥氏体耐热钢及其制备方法。

背景技术

耐高温金属材料是航空、航天、动力、机械、石化、冶金等行业中重要得金属材料，扮演着举足轻重的作用。随着石油化工行业的发展，该行业中氢转换、乙烯裂解等关键工艺技术所需要的加热炉炉管，需长期在高温、强腐蚀介质、高含碳气氛及反复经受冷热循环的环境下工作，如此，炉管的材质要求具有好的抗渗碳、抗高温蠕变断裂、抗热疲劳、抗氧化等性能。

在标准HGT2601-2011中公布的两种耐热钢材料牌号ZG40Cr25Ni35Nb、ZG10Cr25Ni35Nb，采用离心铸造获得的铁-铬-镍耐热合金炉管，因其含有较高Cr、Ni元素，能较好地满足石油化工行业高温炉管地生产使用需求。但是在实际使用过程中，两种材料都存在一定的问题，进而限制了材料的应用领域及材料的使用服役寿命。ZG40Cr25Ni35Nb材料相对于ZG10Cr25Ni35Nb材料存在高温强度较好，但材料塑韧性有所不足的情况；与此同时，材料ZG10Cr25Ni35Nb表现出较好的塑韧性、抗渗碳能力以及在高温环境下的抗氧化性能，但材料存在高温瞬时强度稍显不足的现象。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种低碳高强度奥氏体耐热钢及其制备方法，以解决现有钢材塑韧性与高温强度不能兼顾的技术问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：提供一种低碳高强度奥氏体耐热钢，包括以下质量百分比的组分：C：0.03～0.2wt％，Si：≤2wt％，Mn：≤1.5wt％，S≤0.03wt％，P≤0.03wt％，Cr：18～28wt％，Ni：32～40wt％，Nb：≤1.8wt％，Mo：≤1wt％，Pb：≤0.01wt％，Sn：≤0.01wt％，Zn：≤0.01wt％，As：≤0.01wt％，合金添加剂≤0.3wt％，余量为Fe；其中，合金添加剂为B、Zr或稀土中的至少一种。

该钢材的有益效果是：本发明中的钢材碳含量较低，提升了材料在高温含碳气氛中的抗炭化能力，拓宽了材料的使用范围，延长了工件的使用寿命。另外，本发明的钢材在常温下的屈服强度和抗拉强度与ZG40Cr25Ni35Nb钢材相比，分别提升了13％和10％以上，延伸率提升了3倍；本发明的钢材在1000℃条件下，瞬时强度和延伸率与ZG40Cr25Ni35Nb钢材相比也有较大提高，很好的解决了现有钢材塑韧性与高温强度不能兼顾的技术问题。

本发明还公开了一种低碳高强度奥氏体耐热钢制备方法，包括以下步骤：

(1)初炼：将中频炉温度升至1550～1650℃，使原料熔化，并调整钢水成分及含量为：C：0.1～0.13wt％，Si：≤1.2wt％，Mn：≤0.5wt％，S≤0.03wt％，P≤0.03wt％，Cr：18～25wt％，Ni：32～38wt％，Nb：≤1.8wt％，Mo：≤1wt％；Pb：≤0.02wt％，Sn：≤0.01wt％，Zn：≤0.02wt％，As：≤0.01wt％；