[发明专利]一种析出强化型铁素体耐热钢及其制备方法

说明书

一种析出强化型铁素体耐热钢及其制备方法，该铁素体耐热钢按质量分数计，组分包括0.04％C0.08％、0≤N≤0.005％、0≤B≤0.005％、10％≤Cr≤25％、3％≤Al≤15％、3％≤Ni≤15％、0.01％≤Si≤0.05％、0.05％≤Ti≤2％、0Mo≤3.5％、0Cu≤1.5％以及余量为Fe。制备方法包括将各组分按比例混合熔炼之后浇铸成锭；然后将铸锭进行均匀化处理；再将均匀化处理之后的铸锭进行轧制变形；最后经过热处理得到能够热生长(Cr,Al)₂O₃膜的析出强化型铁素体耐热钢。本发明析出强化型铁素体耐热钢具有以优异的抗蒸汽氧化能力，尤其适用于超600℃的高温蒸汽环境。

技术领域

本发明属于材料制备领域，具体涉及一种析出强化型铁素体耐热钢及其制备方法。

背景技术

由于具有较低的热膨胀系数、良好的导热性能和优异的抗疲劳性能，铁素体耐热钢成为600℃超超临界燃煤锅炉主蒸汽管道和集箱等中厚壁部件的首选材料并获得了广泛的应用。然而，目前广泛应用的9-12Cr及改进型铁素体耐热钢在高温水蒸气或超临界水中形成保护性差的Fe-Cr氧化膜(外层疏松多孔的Fe₃O₄层，内层较为致密的FeCr₂O₄层)，导致其抗高温蒸汽氧化能力不足，因此它们的推荐使用温度一般不高于620℃，这也限制了铁素体耐热钢在更高参数超超临界火电机组应用的可能性。为提高铁素体耐热钢的使用温度，可通过合金成分设计使铁素体耐热钢表面热生长形成Cr₂O₃或Al₂O₃膜。在同样温度条件下二者的生长速度远低于Fe₃O₄和FeCr₂O₄的生长速度，具有更好的保护性。因此，研制可热生长(Cr,Al)₂O₃膜的铁素体耐热钢以满足其在超600℃超超临界燃煤锅炉中的应用要求，是非常有必要的。

氧化物弥散强化型(ODS)铁素体耐热钢具有良好的Al₂O₃膜形成能力、优良的高温蠕变性能和高的抗拉强度，但其研制主要通过精准的工艺改进以及成分控制或者引入新的工艺如机械合金化、热烧结等，工艺复杂且成本太高，因此限制了它们的应用。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中铁素体耐热钢抗高温蒸汽氧化能力不足的问题，提供一种析出强化型铁素体耐热钢及其制备方法，在600℃以上的蒸汽环境中可热生长形成(Cr,Al)₂O₃膜，具有以优异的抗蒸汽氧化能力，尤其适用于超600℃的高温蒸汽环境。

为了实现上述目的，本发明有以下的技术方案：

一种析出强化型铁素体耐热钢，按质量分数计，组分包括：

0.04％C0.08％、0≤N≤0.005％、0≤B≤0.005％、10％≤Cr≤25％、2％≤Al≤15％、3％≤Ni≤15％、0.01％≤Si≤0.05％、0.05％≤Ti≤2％、0Mo≤3.5％、0Cu≤1.5％以及余量为Fe。

优选的，本发明析出强化型铁素体耐热钢由α基体相以及弥散分布其中的β′相组成，所述的α基体相为铁素体基体，β′相为(Fe,Ni)Al。

优选的，所述的β′相占析出强化型铁素体耐热钢总体积的5％-35％。

优选的，所述的Cr质量分数为15％-20％。

优选的，所述的Al质量分数为3％-10％。

优选的，在超600℃的高温氧化性气氛中暴露时其表面可自发形成(Cr,Al)₂O₃保护膜。

本发明还提供一种强化型铁素体耐热钢的制备方法，包括以下步骤：