[发明专利]一种新型奥氏体耐热钢

说明书

技术领域

本发明属于火力发电用钢制造技术领域，是一种具有高温抗蒸汽腐蚀和良好高温强度的奥氏体系耐热钢。适用于超超临界锅炉过热器、再热器用钢管、汽轮机叶片及高温锻件等。

背景技术

火电机组可按蒸汽温度和压力分类为低压、中压、高压、超高压、亚临界（17～19MPa/538℃）、超临界（Supercritical，SC,＞21MPa，≥565℃）和超超临界机组（Ultra Supercritical,USC,＞24MPa,≥580℃），蒸汽参数越高，机组的热效率越高，煤耗越低，排放污染越低。我国已经完成引进的600℃蒸汽参数机组（26MPa，600℃）国产化，正在开发高参数机组。

火电机组中过热器管、再热器管、叶片、锻件等高温零部件在高工况下使用，首先，必须有良好的抗高温蒸汽氧化腐蚀性能，以免产生大量氧化皮。其次，在高温使用条件下具有足够的高温强度，包括高温持久强度，防止使用过程中发生大的变形或断裂。

奥氏体耐热钢和铁素体、马氏体耐热钢比较，通常具有更高的高温强度。

在600℃蒸汽参数机组中过热器管、再热器管采用S30432（Super304H）、S31042（HR3C）钢管。国产开发的高参数机组需要性能更高的钢，即对抗蒸汽氧化腐蚀性能和高温强度有更高的要求。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种在700℃温度下具有良好的抗蒸气氧化腐蚀性能，在负载应力100MPa条件下高温持久断裂时间达10万小时（等温法持久曲线回归外推）的奥氏体耐热钢。

本发明采用的技术方案是：

本发明设计的奥氏体耐热钢，其化学成分，按重量百分数计为：C:0.02～0.10%,Si：0.05～1.00%,Mn:0.08～2.0%,Cr:20～28%,Ni：30～39%，Nb:0.9～2.0%,Ti:1.6～2.8%,Al:0.9～2.0%,Cu:0.05～3.50%,Co:0.1～3.0%,V:0.08～0.80%,Zr:0.01～0.30%,Ce:0.003～0.200%,B:0.001～0.010%,其余为Fe和杂质元素。

作为优选：还可以在上述配方的基础上，（按重量百分数计）再加入W:1.5～3.0%,Mg:0.001～0.010%。

C:0.02～0.10%

C是本发明的关键元素之一，由于C是构成碳化物M23C6、MX的关键元素，碳化物又主要起强化晶界的作用。钢在高温应力作用下的失效特征是沿晶界开裂，碳化物的主要贡献是强化晶界。碳化物的数量、粒度、形态、分布特征对高温长时强化起重要影响，因此，含碳量的确定要考虑钢中Cr、Nb、V等其他元素的含量；

Si：0.05～1.00%

Si是由炼钢的铁原料中带入和炼钢时脱氧剂中带入的，当钢中Si含量高时，可能会形成G相，G相是脆性相，分布在晶界，会造成晶界脆化，削弱了晶界的强度，因此，需要控制钢中Si的含量，本发明已经掌握Si含量的范围；

Mn:0.08～2.0%

Mn是奥氏体形成元素，可以代替Ni起平衡奥氏体的作用，钢中Mn含量高可能会影响焊接性能，因此，要根据综合性能要求决定Mn量的控制；

Cr:20～28%

Cr的作用是两方面的，一方面需要保证奥氏体基体中含有足够量的Cr，才能使钢具有良好的抗高温蒸汽氧化腐蚀；另一方面，Cr是形成碳化物的关键元素，为保证晶界的强度，必须有适量的Cr量以形成一定量的M₂₃C₆碳化物强化晶界。但是，Cr是铁素体形成元素，高Cr含量使钢中形成铁素体，会导致钢的强度下降。本发明已经获得控制Cr量的范围；

Ni：30～39%

Ni的作用是两方面的，一方面，Ni是奥氏体形成元素，足够的Ni量才能保证形成全奥氏体组织；另一方面，Ni是钢中形成Ni3(Al,Ti)相（γ’相）的关键元素，本发明已获得最佳Ni量范围，以保证钢的高温强度，尤其是高温持久强度；

Nb：0.9～2.0%

Nb有三方面的作用，第一，Nb元素进入γ’相中，强化γ’相，第二，Nb形成少量的（Nb，Ti）C相，起强化作用，第三，Nb进入奥氏体基体中起到固溶强化的作用，本发明已经掌握Nb添加的最佳范围；

Ti：1.6～2.8%