[发明专利]一种耐高温腐蚀的含铝奥氏体不锈钢及制备方法

说明书

本发明公开一种耐高温腐蚀的含铝奥氏体不锈钢及制备方法，包括如下重量百分比的成分：Ni：15～30％、Cr：15～25％、Al：2.5～8％、Mo：1～3％、Si：0.1～1％、Nb：0.1～2％、C：0.02～0.2％、Y/Hf：0.02～0.2％，余量为Fe。本发明的含铝奥氏体不锈钢，将Cr含量提升至15～25wt.％，Al含量提升至2.5～8wt.％，即包含足够高含量的Cr和Al元素，Cr和Al都是提高抗氧化性能的关键元素，高Cr和Al含量有助于Al‑Cr氧化膜形成；在合金表面能够形成稳定致密的Cr₂O₃氧化膜，提高材料抗氧化性能，同时在氧化气氛中合金表面能够形成Al₂O₃氧化膜，Al₂O₃层热力学稳定性好，生长速率低，在极端环境中更具保护性，而且Al还会在基体中形成大量的B2‑NiAl相，提高了材料在高温氧化性气氛中的使用温度，提高材料的抗腐蚀性能，可在高温极端环境下使用。

技术领域

本发明涉及材料领域，具体涉及一种耐高温腐蚀的含铝奥氏体不锈钢及制备方法。

背景技术

超临界反应堆，采用超临界流体作为冷却介质，利用拟临界区物性突变现象，降低压缩功耗，实现气冷堆在中等堆芯出口温度下达到较高效率的目标，逐步成为四代先进反应堆研究热点。相对于系统设计，超临界循环系统中关键部件，如用于涡轮、热交换器、管道等结构材料，其抗腐蚀及高温力学行为将是决定系统安全和部件寿命的重要因素。

含铝的奥氏体不锈钢(Alumina-Forming Stainless Steel，简称AFA)是一种通过表面形成Al₂O₃致密氧化膜，从而获得优异抗氧化性的新型结构材料，可应用于更为苛刻的工作温度和腐蚀环境。AFA合金相较于传统的Cr氧化膜形成合金，具有超优越的抗高温氧化性能、蠕变性能形成性好、焊接性好和更低的成本，在超临界介质反应堆中具有很好的应用价值。

美国Brady等人公开一种含铝的奥氏体不锈钢，成分为：(15～21)％Ni-(10～15)％Cr-(2～3.5)％Al-(0.5～4)％Mn-(1～3)％Mo-(0.1～1)％Si-(0.1～1)％Nb-(0.05～0.15)％C，少于0.05％的N，Ti和V含量相加少于0.3％；后续又改进为：包括(15～30)％Ni-(10～15)％Cr-(2～5)％Al，Nb和Ta成分总共或者其中一个为0.6％～5％，Mo和Co提升至3％，增加1％W，增加0.5％Cu，Mn含量增至4％，同时包含1％Si，(0.05～0.15)％C，0.15％B，0.05％P，Y、La、Ce、Hf、和Zr其中一个元素的含量为1％，少于0.05％的N。改进的奥氏体不锈钢表面具有致密连续的氧化膜，并有纳米级别的NbC和TiC沉淀分布在基体上，同时基体具有稳定的fcc奥氏体结构，使得这种材料强度得到了步提升。

但是针对超临界流体介质反应堆，其内部具有破坏性更强的腐蚀环境，因此对材料耐腐蚀性能要求更好，而目前的材料无法很好的满足上述需求。

发明内容

本发明为了解决上述现有技术存在的问题，提供了一种耐高温腐蚀的含铝奥氏体不锈钢及制备方法，通过对耐腐蚀性能关键元素Cr、Al及进行改进，能够在高温、极端环境下形成更致密、更稳定的氧化膜，从而实现更高的耐腐蚀性能；同时具有较好的高温力学性能，适应于更加复杂的运行环境。

本发明通过下述技术方案实现：

一种耐高温腐蚀的含铝奥氏体不锈钢，包括如下重量百分比的成分：Ni：15～30％、Cr：15～25％、Al：2.5～8％、Mo：1～3％、Si：0.1～1％、Nb：0.1～2％、C：0.02～0.2％、Y/Hf：0.02～0.2％，余量为Fe。

优选的，重量百分比的成分：Ni：15～30％、Cr：20～25％、Al：3.5～8％、Mo：1～3％、Si：0.1～1％、Nb：0.1～2％、C：0.02～0.2％、Y/Hf：0.02～0.2％，余量为Fe。