[发明专利]一种超超临界高氮马氏体铸钢及其制备方法

说明书

一种超超临界高氮马氏体铸钢及其制备方法，所述铸钢的主要成分重量百分比为：C：0.005％～0.05％；N：0.04％～0.65％；Cr：8.0％～12.0％；W：3.5％～6.5％；Co：3.5％～4.5％；Mo：0.5％～1.5％；V：0.4％～0.8％；Nb：0.01％～0.15％；Mn：0.03％～0.80％；Si：0.02％～0.10％；Ni：0.005％～0.04％；Hf：0.01％～0.10％；La+Ce：0.008％～0.10％；Fe：余量。其主要是通过降低碳元素，增加氮元素的含量，通过氮化物强化来提高耐热铸钢的高温性能与抗氧化性能；适量的微量元素Hf以及稀土元素La+Ce改善了钢的组织，保证最终获得完全的马氏体组织。加压真空感应结合加压电渣重熔的制备工艺有效增大了钢中氮的固溶度，也使钢锭组织更加均匀致密。

技术领域

本发明属于耐热钢技术领域，涉及一种新型的超超临界高氮马氏体铸钢及其制备方法。

背景技术

目前，我国的能源利用以一次能源应用为主，我国火力发电量占发电总量的75％以上。为了缓解能源短缺问题，提高能源使用效率是世界各国发展的首要任务。发展超超临界技术可以提升能源利用率，而超超临界材料用钢是发展这一技术的关键所在。目前很多国家对此材料的研究保持着积极地态度，美、日、欧是世界上超超临界材料的技术领先者。我国对于超超临界的研究起步较晚，现处于分析、探索阶段。

国内外用于超超临界机组缸体的耐热材料主要分为马氏体耐热钢、奥氏体耐热钢和镍基合金三大类。由于镍基合金的高成本，奥氏体耐热钢的高膨胀系数及抗热疲劳性能不足，而马氏体钢具有高强度，高导热性和低膨胀系数，故马氏体是超临界燃煤电厂的理想耐热钢。9％Cr系耐热钢因其具有高强度，高导热性和低膨胀系数的性能，成为超超临界燃煤电厂耐热用钢的理想钢种。自20世纪50年代起,在9Cr钢的基础上经过合金化发展至今，已形成四代耐热钢体系。欧洲的COST项目中，成功开发出缸体用钢CB2，其服役温度为620℃。为了进一步提高蒸汽温度，提高发电效率，急需进一步研制具有更高服役温度的新型耐热铸钢。

研究发现，钢中添加氮元素可有效提高其强度，塑韧性以及耐腐蚀性能，加之氮是大气中取之不尽的资源，所以高氮钢凭借其低成本及优异的综合性能已越来越受到我国钢铁企业的重视。目前，世界各国大力开展以氮代镍的高氮钢材料研究，德国、日本、瑞士、保加利亚等国已纷纷开展高氮钢研制，并已在发电业、造船业、铁路等工业得到应用。但是由于氮在钢中的溶解度较低，并且在凝固过程中，易导致氮的偏析和氮气的逸出，严重制约了高氮钢的开发和应用。

发明内容

本发明的目的是解决现有含氮耐热铸钢中氮的溶解度较低，并且在凝固过程中易导致氮的偏析和氮气逸出的问题，提供一种添加Hf元素和稀土元素的超超临界马氏体铸钢，该铸钢通过高压真空技术及加压电渣重熔技术制备而成，其组织为完全的马氏体组织，拥有良好的综合力学性能和高温性能。

本发明的技术方案如下：

一种超超临界高氮马氏体铸钢，通过加入较高含量的氮元素，代替昂贵的镍元素，用氮化物强化的方式来提高钢的屈服强度，拉伸强度，耐磨及耐腐蚀性能。所述铸钢的主要合金元素成分的质量百分含量包括：N：0.04％～0.65％(优选为0.15％～0.6％，更优选为0.2％～0.5％)；Cr：8.0％～12.0％；W：3.5％～6.5％；Co：3.5％～4.5％；Mo：0.5％～1.5％；V：0.4％～0.8％；Nb：0.01％～0.15％；Mn：0.03％～0.80％；Si：0.02％～0.10％；Ni：0.005％～0.04％；Fe：余量。所述铸钢还含有：C：0.005％～0.05％(优选为0.008％～0.04％，更优选为0.01％～0.03％)；微量元素及稀土元素：Hf：0.01％～0.10％(优选为0.02％～0.07％，更优选为0.03％～0.06％)；La+Ce：0.008％～0.10％(优选为0.01％～0.08％，更优选为0.02％～0.08％)，其中镧铈重量比为1：2。

本发明提供的超超临界高氮马氏体铸钢的制备方法包括以下步骤：