[发明专利]一种马氏体耐热钢及其制备方法

说明书

本发明公开了一种马氏体耐热钢及其制备方法，其含有的各元素质量百分比为：C：0.1～0.2％；Cr：9～14％；Ni：2.5～3.5％；Mo：1.0～2.0％；W：0.5～1.0％；Mn：0.5～1.0％；Si：0.10～0.5％；V：0.10～0.5％；Nb：0.1～0.5％；N：0.02～0.05％；余量为Fe；其中析出的碳氮化合物呈弥散分布状态，所述的碳氮化合物包括M2X型、M7C3型、MX型和M6C型碳化物。本发明将马氏体耐热钢的合金化设计与回火工艺精确控制相结合，通过调整合金元素的含量及种类，采用较低温度回火，可显著提高马氏体耐热钢的高温强韧性能，获得高韧性的同时保持较高强度和硬度，避免回火脆性。

技术领域

本发明属于耐热钢技术领域，涉及一种马氏体耐热钢及其制备方法。

背景技术

马氏体耐热钢通常具有较高的蠕变强度、耐蚀性、较高的热强性和导热率，较低的热膨胀系数，广泛应用于高温工作部件，如汽轮机叶片、阀门、蒸汽锅炉、内燃机排气阀、航空航天及石油化工等设备。这些零部件长期服役于高温环境，承受各种载荷(拉伸、弯曲、扭转、冲击、疲劳等)作用，同时与高温蒸汽、空气或燃气接触，工作环境非常苛刻。随着燃气轮机及其他高温高压技术的发展，对耐高温机械零部件的性能也提出越来越高的要求。由于在高温环境中，钢中合金元素发生扩散并引起组织转变，对高温零部件的性能产生不利影响。

为提高马氏体耐热钢的高温强韧性，通常对马氏体耐热钢进行合金化处理。通过加入Cr、Ni、Mn、Si、Mo等合金元素，生成难熔的强化项，并通过回火工艺，促进强化项弥散析出，在马氏体基体上析出细小的金属碳氮化物或金属间化合物，如MX、M2X、M7C3、M23C6和M6C等类型(M为金属元素，X为非金属元素C、N等)，以进一步提高耐热钢的高温强韧性能。添加合金元素的种类及含量不同，会显著影响马氏体耐热钢的性能，如引起脆性，加工困难，成本增大等。回火工艺不同，也会显著影响马氏体耐热钢的力学性能。低温回火导致材料韧性不足，易引起回火脆性；而回火温度高，能源消耗增加，工艺时间延长，同时导致材料强度不足，还可能引起高温回火脆性。

发明内容

本发明解决的问题在于提供一种马氏体耐热钢及其制备方法，将马氏体耐热钢的合金化与回火工艺相结合，在获得高韧性的同时保持了较高的强度和硬度，避免回火脆性。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种马氏体耐热钢，其含有的各元素质量百分比为：

C：0.1～0.2％；Cr：9～14％；Ni：2.5～3.5％；Mo：1.0～2.0％；W：0.5～1.0％；Mn：0.5～1.0％；Si：0.10～0.5％；V：0.10～0.5％；Nb：0.1～0.5％；N：0.02～0.05％；余量为Fe；

其中析出的碳氮化合物呈弥散分布状态，所述的碳氮化合物包括M2X型、M7C3型、MX型和M6C型碳化物。

进一步的，还含有B：0.10～0.5％、Co：0.10～0.5％元素。

所析出的MX、M7C3型碳氮化物，均匀分布于马氏体板条中。

其在进行回火处理时，回火温度为560～610℃，保温1.5～4小时。

一种马氏体耐热钢的制备方法，包括以下操作：

1)将以下质量百分比的元素比熔炼成为钢锭：

C：0.1～0.2％；Cr：9～14％；Ni：2.5～3.5％；Mo：1.0～2.0％；W：0.5～1.0％；Mn：0.5～1.0％；Si：0.10～0.5％；V：0.10～0.5％；Nb：0.1～0.5％；N：0.02～0.05％；余量为Fe；