[发明专利]一种孪晶强化的含铝奥氏体耐热不锈钢及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种奥氏体耐热不锈钢，按照重量百分比计包括：C 0.04％‑0.1％，Cr 14％‑17％，Ni 20％‑25％，Al 2％‑4％，Nb 0.2％‑2.5％，W 0.5％‑5％，Co 0.1％‑6％，Cu 1.5％‑4％，Si≤0.5％，Mn 0.5％‑1％，B≤0.1％，S＜0.005％，P＜0.02％，N＜0.01％，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明还提供了奥氏体耐热不锈钢的制备方法，包括：将铸坯加热、保温之后进行锻造或热轧，冷却得到不锈钢方坯；将不锈钢方坯进行固溶处理，冷却后进行时效处理。本发明的奥氏体耐热不锈钢具有优异的高温抗蠕变性能和高温抗氧化性能，能够在650℃‑750℃使用，满足超超临界火电锅炉用材料要求。

技术领域

本发明属于冶金领域，具体地，本发明涉及一种奥氏体耐热不锈钢及其制备方法和应用，更具体地，本发明涉及一种孪晶强化的含铝奥氏体耐热不锈钢及其制备方法和应用。

背景技术

电力是工业发展的基础，发展高效先进煤电符合国家能源根本战略。为了满足日益增长的电力需求和减少二氧化碳排放，提高火电机组燃煤效率是提高火电机组效率的唯一途径。高蒸汽参数对耐热材料性能提出了更高和更全面的要求，包括：足够的持久强度和蠕变断裂强度、优异的抗疲劳和传热性能、较高的抗氧化和耐腐蚀性能、良好的组织长期稳定性。当前，超超临界火电锅炉关键部位用材主要为奥氏体耐热钢，例如：S31042(HR3C)、S30432(SUPER304H)和TP347HFG，然而传统高Cr奥氏体耐热钢在温度高于650℃的蒸汽环境中，所形成的Cr₂O₃容易以CrO₂(OH)₂的形式挥发，造成氧化膜剥离，严重威胁锅炉的安全服役。因此研制适用于更高参数下的超超临界火电锅炉用材料具有重要的实践意义。

新型含铝奥氏体耐热钢(Alumina-Forming Austenitic Stainless Steel，以下简称AFA钢)，其具有比传统含Cr耐热钢更优秀的高温抗氧化能力，有望成为适用于700℃等级超超临界机组的耐高温材料。当前，对于提高AFA高温强度的研究较少，主要是通过调控沉淀相的析出来提高钢的高温蠕变和持久强度。例如：北京科技大学吕昭平团队通过调整钢中的Nb/C比析出高度稳定的细小NbC颗粒，显著提高钢的抗蠕变性能。日本新日铁住金株式会社的申请号为201780005402.2、名称为“奥氏体系耐热合金及其制造方法”的专利申请通过组织控制解决了他们原有设计利用laves相和γ’相强化后存在长时间时效后蠕变强度和韧性降低的情形，获得了即使在高温环境下也具有高蠕变强度的奥氏体合金。然而，上述研究仅依靠调控沉淀相析出进行强化，对材料性能的改进有限。

申请号为201410357822.5的中国发明专利申请公开了一种耐热不锈钢，其质量百分比组成是：C 0.03％～0.08％；0＜Si≤0.50％；0＜Mn≤0.50％；P＜0.020％；S＜0.020％；Cr 18.00％～25.00％；Ni 21.5％～31％；Cu 2.00～4.00％；N 0.10～0.35％；Nb0.30～0.65％；W 1.0～5.0％；0＜Mo≤0.40％；Co 1.0～4.0％；B 0.003～0.009％；0＜Al≤0.04％；其余为Fe及不可避免的杂质。但是其在温度高于700℃的蒸汽环境中，所形成的Cr₂O₃容易以CrO₂(OH)₂的形式挥发，抗高温蒸汽腐蚀性能下降。另外，该专利中W、Co的加入仅仅的起到固溶强化的作用，且高的Cr、Ni含量带来了更高的成本。

为了改善上述不足，需要开发一种具有高强度和高抗蒸汽腐蚀性能的新型含铝奥氏体不锈钢。

发明内容

本发明的发明目的是针对现有技术中存在的缺陷，提供了一种孪晶强化的含铝奥氏体耐热不锈钢及其制备方法和应用。本发明的总体思路是“通过调控W、Co含量来降低AFA钢层错能以提高其孪晶数量，使其获得细晶强化的效果”。

一方面，本发明提供了一种奥氏体耐热不锈钢，按照重量百分比计包括：