[发明专利]一种700℃下具有高组织稳定性的高铌奥氏体耐热钢及其制备方法

说明书

一种700℃下具有高组织稳定性的高铌奥氏体耐热钢及其制备方法，成分设计合理，加工性能好和性价比高，在700℃下长期时效组织析出相稳定，未发现σ相，避免了由于其导致合金在高温服役过程中脆化，并通过二次MX相及Z相弥散强化。所述的耐热钢按质量百分比计包括，Cr 18～22％，Ni 17～22％，Nb 1～2％，C 0.01～0.08％，N 0.01～0.15％，Co 0.1～1％，0.4％≤(Si+Mn+B+Zr)≤1％，余量为Fe。所述的制备方法包括熔炼成合金锭；将合金锭均匀化退火处理；将均匀化退火后的合金锭在1200‑1280℃固溶处理20～120min。

技术领域

本发明涉及高温金属结构材料技术领域，具体为一种700℃下具有高组织稳定性的高铌奥氏体耐热钢及其制备方法。

背景技术

能源与环境问题无疑是21世纪全球普遍的重大议题，对各国经济发展有着举足轻重的作用。我国改革开放以来，经济发展的同时对电力的需求也逐年剧增，我国每年新增装机容量稳步提高，燃煤火力发电仍然占据重要地位，大约为总发电量的70％。众所周知，热力发电通常是通过蒸汽带动汽轮机的旋转从而获取电能，所以更高的蒸汽参数是机组效率提升的关键。热力循环分析表明，在超临界参数范围的条件下，主蒸汽压力提高1MPa，机组的热耗率下降0.13～0.15％；主蒸汽温度每提高10℃，机组的热耗率下降0.25～0.30％；再热蒸汽温度每提高10℃，机组的热耗率下降0.15～0.20％。由此可见，提高蒸汽参数可以有效地提升机组效率，降低温室气体及有害气体排放。为了提升发电效率，降低对环境的污染，伴随着机组参数的提高，最核心的问题便是超超临界(USC)、先进超超临界(A-USC)火力发电机组所用材料的选择及候选材料的高温性能。

由于机组服役环境恶劣，不仅要求材料在高温下保持良好的组织稳定性、可靠的焊接与加工性能和较高的高温强度(包括屈服强度和持久蠕变强度)和高温塑性，还要求材料有良好的抗烟气腐蚀性和抗蒸汽氧化腐蚀性。符合这些要求的高温耐热合金的设计和开发就成为了解决整个电厂提升发电效率的核心。在高温和应力的作用下，由于原子扩散加快，耐热钢的组织将逐渐发生变化。耐热钢组织的不稳定性将会引起耐热钢性能的变化，特别是对其热强性和持久性能等都会带来不利的影响。奥氏体耐热钢在长期服役过程中组织稳定性差，σ相及M₂₃C₆相在晶界与晶内的大量析出，造成了奥氏体耐热钢的高温强度及韧性大幅下降，这将对机组和人员安全构成了巨大的威胁。由于奥氏体耐热钢无法达到650℃以上机组参数的服役性能要求，所以更多的镍基高温合金的使用无疑大幅地增加了机组的建设成本。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种700℃下具有高组织稳定性的高铌奥氏体耐热钢及其制备方法，成分设计合理，加工性能好和性价比高，在700℃下具有较高的组织稳定性。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种700℃下具有高组织稳定性的高铌奥氏体耐热钢，按质量百分比计包括，Cr18～22％，Ni 17～22％，Nb1～2％，C 0.01～0.08％，N 0.01～0.15％，Co 0.1～1％，0.4％≤(Si+Mn+B+Zr)≤1％，余量为Fe。

优选的，所述的Cr的质量百分比为20～22％。

优选的，所述的Ni的质量百分比为17～19％。

优选的，所述的Nb的质量百分比为1.2～2％。

优选的，所述的C的质量百分比为0.02～0.06％。

优选的，所述的N的质量百分比为0.05～0.15％。

优选的，所述的Co的质量百分比为0.5～1％。

优选的，所述的Si的质量百分比为0.3～0.75％，Mn的质量百分比为0.03～0.5％，B的质量百分比为0.001～0.003％，Zr的质量百分比为0.001～0.003％。