[发明专利]具有对应力松弛开裂高抵抗性的耐热奥氏体钢

说明书

本发明涉及奥氏体耐热钢及其用于制造设备例如在高于550℃的温度下操作的反应容器、锻件和管道的用途。特别地，本发明涉及对应力松弛开裂不敏感的钢。

各种工业，例如化学工业，使用耐热钢用于在550℃到900℃之间的温度下经常在高压下操作的用途。在这些温度下的主要劣化机理是蠕变、化学腐蚀/氧化和应力松弛开裂。已经对前两个劣化机理进行了彻底研究并且将其考虑到设计规则中。材料例如AISI 304H钢(其主要的合金元素为18-20％Cr、8-10.5％Ni)、AISI 316H(16-18％Cr、10-14％Ni、2-3％Mo)、800H(19-23％Cr、30-35％Ni)显示出高的蠕变断裂强度。在此方面，由于合金800H在550-950℃的范围内显示出高的断裂强度，因此其是有利的。但是，由于其高的镍含量，所以合金800H是昂贵的。此外，前述三种合金对应力松弛开裂(SRC)敏感。裂纹以晶间模式，即在晶界处发生。当将敏感合金进行热处理以降低残余应力时，这种现象不会发生。已显示出，在875到980℃之间的热处理对于避免SRC是有效的。但是，几乎不能在工厂中进行这些在高温下的热处理。在化学工业中的部件一般非常复杂和巨大。所述热处理也是消耗成本并且有风险的过程。

因此，需要在高温下具有高蠕变和氧化抵抗性，对应力松弛开裂不敏感的耐热钢。

本发明的目的提供一种耐热钢，其固有地对松弛开裂不敏感，使得可避免在制造过程之后的额外热处理。

本发明的另一个目的是提供一种钢组合物，其在从550到高达900℃的大的温度范围内，特别地在550到750℃之间的温度范围内具有优异的蠕变性能和氧化性能。

本发明的另一个目的是提供一种钢组合物，其在高温下具有高的延展性并且在高温下保持之后，其在环境温度下也表现出令人满意的韧性。

本发明的其他目的是提供一种钢组合物，其具有有限量的昂贵元素例如镍的添加。

作为多种测试和研究的结果，发明人已经发现，当一些元素，特别是碳、铝、铬、镍、钼、硼、矾、氮以适当的范围存在于钢中时，可实现本发明的目的。

根据本发明的钢的组织为完全奥氏体。

为了这种目的，本发明的目的是对松弛开裂不敏感的奥氏体钢，其具有包含如下的组成，以重量百分比计：0.019％≤C≤0.030％、0.5％≤Mn≤3％、0.1％≤Si≤0.75％、Al≤0.25％、18％≤Cr≤25％、12％≤Ni≤20％、1.5％≤Mo≤3％、0.001％≤B≤0.008％、0.25％≤V≤0.35％、0.23％≤N≤0.27％，余量为铁和不可避免的杂质，并且其中：Ni(eq.)≥1.11Cr(eq.)-8.24，其中：Cr(eq)＝Cr+Mo+1.5Si+5V+3Al+0.02，Ni(eq)＝Ni+30C+x(N-0.045)+0.87，其中：对于0.23％≤N≤0.25％，x＝22，对于0.25％≤N≤0.27％，x＝20。根据优选的实施方案，钢组合物包含：14％≤Ni≤17％。

本发明的另一个目的是钢产品，其具有上述组成并且其中在750℃的温度下，延长率高于30％。

本发明的另一个目的是钢产品，其具有上述组成，其中在750℃，在36MPa下，寿命高于0.5×10⁵h。

本发明的另一个目的是具有上述组成的钢产品的用途，其用于反应器、锻件和管道的制造。

对于钢组合物，碳是对形成细小M₂₃C₆析出物有效的元素，所述M₂₃C₆析出物将提高拉伸和蠕变强度。当碳含量为以重量计0.019％或更少时，这些效果不足。但是当碳含量超过0.030％时，出现过多的碳化物析出物并且钢变得对SRC敏感。此外，由于碳氮化合物、粗大σ(sigma)相和M₂₃C₆碳化物的增多析出物，因此降低了韧性。

添加锰作为熔融钢的脱氧剂。锰也与硫结合，因此改善了热加工性。当锰含量高于以重量计0.5％时，能获得这些效果。当锰超过3％时，会提高一些不希望的相例如脆性σ相的形成动力学。对于锰优选的范围是1.3-1.7％。

与锰一样，硅也具有脱氧效果。其也增强氧化抵抗性。低于0.1％时，不会达到这些效果。但是当硅超过0.75％时，钢的韧性会降低。对于硅优选的范围是0.2-0.55％。