[发明专利]高铬耐热钢

说明书

本发明提供一种高铬耐热钢。该钢含有以质量％计，C：0.08％‑0.13％、Si：0.15％‑0.45％、Mn：0.1％‑1.0％、Ni：0.01％‑0.5％、Cr：10.0％‑11.5％、Mo：0.3％‑0.6％、V：0.15％‑0.25％、Nb：0.01％‑0.06％、N：0.015％‑0.07％、B：0‑0.005％和Al：0‑0.04％。余量由Fe和不可避免的杂质元素组成。该钢示出马氏体微结构。

本申请是向中国知识产权局提交的申请日为2014年6月24日的标题为“高铬耐热钢”的第201480035461.0号申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及高铬耐热钢。

发明背景

迄今为止，己提出含有δ铁素体的几种9％Cr耐热钢作为高铬钢以改善可焊接性，且其一些己被用于热电厂中的蒸汽接触组件。然而，由于9％Cr耐热钢的长期蠕变强度和冲击性能极大受损，因而现在主要使用具有不含有δ铁素体的马氏体微结构的9％Cr-1％Mo钢。近年来，己大大增加蒸汽条件的温度和压力以改善热电厂中的热效率。因此，电厂的运行条件从超临界压力变至超超临界压力。另外，设计了在更苛刻蒸汽条件下可运行的工厂。随着蒸汽条件中这种逐渐增加的苛刻性，目前使用的9％Cr-1％Mo钢(91级钢)由于其有限的抗氧化性和高温强度不能适应未来工厂中的锅炉管。同时，奥氏体耐热不锈钢可以是待用于未来工厂的候选材料，但其应用受到经济效率的限制。因此，希望研发用在具有甚至更高温度的蒸汽条件中的耐热钢。

在这种情况下，如JP-A-1993-311342、JP-A-1993-311345和JP-A-1997-291308中所公开的，己研发了主要改善了蠕变强度的新型高铬钢。这些钢己通过加入W作为固溶硬化元素以及进一步地通过加入合金元素诸如Co、Ni和Cu改善了蠕变断裂强度和韧性。另外，JP-A-1988-89644公开了具有最优化的W和Nb含量以及改善的蠕变强度的钢。US-4564392描述了其中优化了C/N比的含Cr钢。后一个US专利文献中举例的钢含有相对大量的Mo和N。含有12％Cr的钢被认为特别适用于在高温下和在高应力下使用。所有这些已知钢据称具有己通过向常规耐热钢中加入合金元素诸如W和Co经固溶硬化改善了蠕变强度。然而，由于W和Co是昂贵的元素，导致材料价格增加，从经济效应的角度，这些元素的使用受到限制。

而且，抗蒸汽氧化性的改善是对抗高温蒸汽不可缺少的。另外，增加常规9％Cr钢的Cr含量有效地改善了现有条件中的抗蒸汽氧化性。然而，由于增加Cr含量导致δ铁素体的形成，需要增加奥氏体形成元素诸如C和Ni以获得回火马氏体结构。然而，这些元素的含量受限制，因为C和Ni含量的增加分别降低了可焊接性和长期蠕变强度。虽然存在加入Co等来抑制δ铁素体的形成的情况，但这种元素昂贵，因此导致经济效率降低。

发明内容

鉴于上述情况，本发明的一个目的是提供改良的高铬耐热钢，其以质量％计由以下组成：C：0.08％-0.13％、Si：0.15％-0.45％、Mn：0.1％-1.0％、Ni：0.01％-0.5％、Cr：10.0％-11.5％、Mo：0.3％-0.6％、V：0.10％-0.25％、Nb：0.01％-0.06％、N：0.015％-0.07％、B：≤0.005％和Al：≤0.04％，其中余量为Fe和不可避免的杂质元素。另一个目的是提供能用于超超临界压力锅炉的钢。另一个目的是在不加入昂贵元素如W和Co的情况下，基于经济的钢提供用于高温蒸汽的蠕变断裂强度和蒸汽氧化性质改善的钢。

本发明的钢成分包含低碳(C)、锰(Mn)、硅(Si)、铬(Cr)、镍(Ni)、钼(Mo)、钒(V)、铌(Nb)和氮(N)。

在一个实施方案中，可以加入一种或多种以下元素：铝(Al)和硼(B)。

该成分的剩余部分包含铁(Fe)和不可避免的杂质。

本发明涉及高铬耐热钢。下表1中示出其实施方案(成分以质量％表示)，其中余量为Fe和不可避免的杂质元素：

表1