[发明专利]一种超高氮马氏体耐热铸钢及其制备方法

说明书

一种超高氮马氏体耐热铸钢及其制备方法，各元素重量百分比为：Cr：8.0％～12.0％；C：0.005％～0.12％；N：0.1％～0.4％；W：4.0％～7.0％；Co：3.0％～6.0％；Mo：0.5％～1.5％；Cu：0.50％～1.7％；V：0.2％～0.8％；Mn：0.03％～0.8％；Si：0.02％～0.10％；Nb：0.01％～0.06％；Ta：≤0.10％；Nb+Ta：0.01％～0.2％；P、S≤0.005％；Fe：余量。通过加压真空感应+加压真空电渣重熔的制备方法，增加了氮元素在钢中的溶解度，并得到无明显缺陷，组织均匀的超高氮马氏体耐热铸钢。

技术领域

本发明涉及耐热钢技术领域，特别提供了一种新型的超高氮马氏体耐热铸钢及其制备方法。

背景技术

传统的燃煤电厂通过严重的污染导致化石资源的不断消耗和环境的恶化。为了节约能源和保护环境，发展超超临界技术能够减轻发电厂造成的污染，而耐热材料是发展这一技术的关键。鉴于镍基合金的高成本，奥氏体耐热钢的高膨胀系数及热加工抗热疲劳性能不足，具有高强度，高导热性和低膨胀系数的马氏体/铁素体钢是目前超超临界汽轮机用缸体和转子的理想钢种。

国内外超超临界火电机组中应用的马氏体/铁素体耐热铸钢中性能较为优异的有锅炉管用T/P91、T/P92、E911与T122，和缸体用钢CB2，其服役温度为620℃。近年来，国际上正在积极探索可在650℃下使用的耐热铸钢，因此研发出了9Cr-3W-3Co、SAVE12、NF12等钢种。

国内外许多学者研究发现，在钢中添加氮元素可以和钢中的其他合金元素(如Mn、Cr、V、Nb、Ti等)交互作用，可以大大地提高强度，不会明显降低材料韧性、塑性，而且对耐腐蚀性能也有积极作用。并且氮可以取代镍作为奥氏体稳定元素，抑制δ相的析出，不但可以提高其性能，还可以降低成本。但是由于氮在钢中的溶解度较低，并且在凝固过程中，易导致氮的偏析和氮气的逸出，严重制约了高氮钢的开发和应用，通过加压技术可以有效地解决这一问题。

目前，制备高氮钢常用的方法有加压真空感应熔炼和加压电渣重熔。加压真空感应熔炼能够实现氮的合金化，使氮均匀分布并能精确控制铸锭的氮含量，但是加压真空感应过程中无熔渣，不能去除钢液中的氧、硫等有害元素。加压电渣重熔的增氮过程不稳定，但可有效降低氧、硫等夹杂物的含量，从而达到净化钢液的效果，并且可以改善元素偏析，减少气孔等缺陷。

发明内容

本发明目的是解决以往马氏体铸钢中氮元素溶解度极低、耐热铸钢高温性能差及制备价格昂贵等问题，提供了一种新型的超高氮马氏体耐热铸钢及其制备方法，该耐热铸钢的氮含量很高，其质量百分比为0.1％～0.4％，可与钒、铌、铬和铁等元素形成Cr/Fe(N)沉淀相以及氮化钒，氮化铌等弥散相，从而提高耐热铸钢的高温性能，通过加压真空感应炉+加压电渣重熔法制备出该氮含量很高、组织均匀无明显缺陷的耐热铸钢。

本发明的技术方案

一种新型的超高氮马氏体耐热铸钢，其主要合金元素及其质量百分比为Cr：8.0％～12.0％；W：4.0％～7.0％；Co：3.0％～6.0％；Mo：0.5％～1.5％；Cu：0.50％～1.7％；V：0.2％～0.8％；Mn：0.03％～0.8％；Si：0.02％～0.10％；Nb：0.01％～0.06％；Ta：≤0.10％；Nb+Ta：0.01％～0.2％；P：≤0.005％；S：≤0.005％；Fe：余量。

所述超高氮耐热铸钢还可以含有：C：0.005％～0.12％；N：0.1％～0.4％。

本发明提供的超高氮马氏体耐热铸钢的制备方法，包括以下步骤：