[发明专利]高温抗氧化性和高温强度优异的铬钢板及其制造方法

说明书

本发明提供一种高温抗氧化性和高温强度优异的铬钢板及其制造方法。本发明涉及一种高温抗氧化性和高温强度优异的铬钢板，以重量％计，所述钢板包含C：0.1％以下且0％除外、Si：0.7％以下且0％除外、Mn：0.1％以下且0％除外、S：0.01％以下且0％除外、P：0.03％以下且0％除外、Cr：27～33％、Al：3.5％以下且0％除外、Nb：2.5％以下且0％除外、W：6.5％以下且0％除外、Mo：0.5％以下且0％除外、Ti：0.3％以下且0％除外、N：0.015％以下且0％除外、余量的Fe和不可避免的杂质，并且满足关系式1。

技术领域

本发明涉及一种具有优异的抗氧化性能和耐热性能的铬钢板及其制造方法。更具体地，本发明涉及一种铬钢板及其制造方法，不仅在钢材的组成相铁素体中析出拉弗斯相(Laves phase)和碳氮化物以具有优异的高温强度，而且在铬和铝的基础上引入基于合金的稳定的氧化层以具有高温抗氧化性能。

背景技术

全球电力需求正在持续增长。在各种供电源中，火电和核电的发电成本较低，未来全球发电量中火电和核电的份额估计不会减少。未来建设火电厂和核电厂要考虑的是建设环保型电厂以及能源的高效利用。为了提高发电效率，需要提高供应到汽轮机的蒸汽的温度和压力，因此必须提高生产蒸汽的锅炉材料的耐热性，特别是提高高温下的屈服强度。这是因为，高温蠕变变形是在材料的弹性范围区域内长时间持续承受应力而产生的。不仅如此，考虑到持续暴露于高温蒸汽的环境因素，提高抗氧化性能以延长寿命也很重要。

在高温下应用的钢中，大量含有镍等昂贵合金元素的奥氏体不锈钢，其物理性能较差如导热率低、热膨胀系数高等，因此制造大型件时存在困难，使用受到限制。另一方面，铬钢排除了昂贵的镍合金，因其优异的蠕变强度、焊接性、耐腐蚀性和抗氧化性而被广泛使用。对于核电，为了防止中子照射引起的膨胀现象，通过用可确保长期健全性的铬钢替代奥氏体不锈钢来确保稳定性。

为了提高耐热铬钢的高温性能，采用固溶强化和析出强化等方法。为此，主要由固溶强化元素和M(C，N)碳氮化物(M＝金属元素，C＝碳，N＝氮)形成元素钒、铌、钛形成合金。采用如上所述的方法的低合金铁素体、贝氏体和马氏体耐热铬钢的缺点是在高于620℃的条件下高温氧化和高温强度明显变差。用650℃以下的高温下的使用得到保障的奥氏体不锈钢来替代时，预计物理性能差而造成的限制会非常大。另一方面，镍超合金可以在700℃以上的高温下使用，但是非常昂贵。必须确立一种合金设计及其制造方法，用于开发一种高温抗氧化性和高温强度优异的钢材，以补充和完善所有这些缺点。

作为可替代奥氏体不锈钢的现有技术，专利文献1中提出了高温耐腐蚀性和高温蠕变强度优异的铁素体不锈钢。然而，在专利文献1的发明中，为了确保高温强度，仅引导析出拉弗斯相，该技术中没有考虑碳氮化物的效果。此外，以改善钢的高温拉伸强度的目的，建议含有1种或2种以上Cu(0.01～2.00重量％)或Co(0.01～2.00重量％)，但是Cu对铬钢的表面零星裂纹产生不良影响，而且由于非常昂贵的Co，制造成本会增加。

另外，专利文献2中提出了在制造耐热性铁素体钢合金时添加特定元素，不仅提高抗氧化性，而且提高耐高温变形性的技术。然而，在专利文献2的发明中，Al的含量为3.5～8重量％，具有较高的Al组分，因此生成性较差。此外，由于钢成分中使用非常昂贵的合金如Zr等，因此很可能无法确保原材料的稳定供应。

[在先技术文献]

[专利文献]

专利文献1：日本专利申请JP2015-199627

专利文献2：韩国专利申请KR1988-0001640

发明内容

技术问题

利用合金设计和热处理，本发明提供一种铬钢板及其制造方法，不同于上述的现有技术，不仅在钢材的组成相铁素体中析出拉弗斯相和碳化物以具有优异的高温强度，而且在铬和铝的基础上引入基于合金的稳定的氧化层以具有高温抗氧化性能。