專利名稱：：用于特殊用途的鋼組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種用于特殊用途的新型鋼組合物，特別是在提高的壓力和/或溫度下在存在腐蝕的情況下表現(xiàn)出高性能的鋼組合物，所述腐蝕是由于諸如煙霧或水蒸氣的氧化性環(huán)境而引起的。
背景技術(shù)：
：存在水蒸氣的高壓和高溫的氣氛特別存在于工業(yè)電力生產(chǎn)中。使用鋼元件特別是無縫管來進(jìn)行水蒸氣的生成、調(diào)節(jié)(特別是過熱和再過熱)和輸送。雖然有長遠(yuǎn)歷史的設(shè)計或?qū)嵤┑慕鉀Q方案(所述歷史將在下文中回顧)，但在所討論氣氛中的耐受性方面仍然存在嚴(yán)重的問題，而且隨著時間過去也產(chǎn)生嚴(yán)重問題。這些問題特別難以解決，特別是由于鋼的性能隨其成分的顯著可變性以及經(jīng)歷長時期的熱腐蝕試驗的不便性。在下文中將使用術(shù)語"腐蝕"或"熱腐蝕"來指示由熱氧化引起的金屬損失現(xiàn)象。本發(fā)明設(shè)法改善這種局面。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供了一種用于本領(lǐng)域內(nèi)的特殊應(yīng)用的鋼組合物，按重量含量計，該組合物包含約1.8-11%的鉻(且優(yōu)選約2.3-10%的鉻)、小于1%的硅、以及0.20-0.45%的錳。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可以基于預(yù)定模型來調(diào)節(jié)組分的含量，選擇所述模型用以在因高溫性能而給定的條件下獲得基本最佳的腐蝕性質(zhì)。該模型可以包括選自鉬、鵠、鈷和鎳的至少一種元素作為添加物或殘余物。更特別地，所述組合物按重量計包含約0.20-0.50%、優(yōu)選約40.30-0.50%的硅含量。它還可按重量計包含約0.25-0.45°/。、且更優(yōu)選約0.25-0.40%的錳含量。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述模型包含至少一個鉻貢獻(xiàn)項，以及錳單獨(dú)的貢獻(xiàn)項。所述錳單獨(dú)的貢獻(xiàn)項可以包括錳含量的二次多項式函數(shù)。所述鉻貢獻(xiàn)項可以包括鉻含量的逆二次項，以及含鉻含量的量的逆項。根據(jù)將在下文中更詳細(xì)描述的優(yōu)選實施方案-鋼組合物包含在約2.3和2.6重量％之間的鉻；-鋼組合物包含在約8.9重量％和9.5至10重量°/。之間的鉻。本發(fā)明還涉及基本上由所述鋼組合物構(gòu)成的無縫管及其附件，鋼組合物在無縫和附件管中的應(yīng)用意圖是在提高的壓力和溫度下生成、輸送或調(diào)節(jié)水蒸氣，而且所述的用于優(yōu)化所述特殊鋼組合物性質(zhì)的技術(shù)，特別是用于將其用在無縫和附件管中的技術(shù)意圖在提高的壓力和溫度下生成、輸送或調(diào)節(jié)水蒸氣。通過閱讀參照附圖給出的下列詳細(xì)說明，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更清楚，在附圖中-圖1示意性示出了第一氧化機(jī)制的隨時間的發(fā)展，所述第一氧化機(jī)制在本文件中稱為"第l類"機(jī)制；-圖2示意性示出了第二氧化機(jī)制的隨時間的發(fā)展，所述第二氧化機(jī)制在本文件中稱為"第2類"機(jī)制；-圖3是顯示鋼組合物性質(zhì)的坐標(biāo)-圖4是已執(zhí)行650C下長期腐蝕測量的鋼組合物的表格，所述650匸下長期腐蝕測量出現(xiàn)在表格的最后一列；-圖5是表示測量數(shù)據(jù)與計算數(shù)據(jù)之間的一致性的坐標(biāo)圖；—圖6是形成圖5的部分細(xì)節(jié)的坐標(biāo)圖。附圖、以下說明及附加內(nèi)容很大程度上包含性質(zhì)被確定的元素。因此，它們不僅可以用于改善本發(fā)明的理解，而且如果合適還有助于本發(fā)明的定義。具體實施例方式現(xiàn)在將檢驗可以執(zhí)行本發(fā)明的條件。例如，將考慮包含電站鍋爐(chaudUredepuissance)的化石燃料熱電站的情形，所述電站鍋爐將過熱水蒸氣傳送至與交流發(fā)電機(jī)連接的蒸汽渦輪機(jī)。這類熱電站的良好熱輸出率(rendement)是已知的；而且日益努力通過限制煙霧和諸如S02、N0x和C02的有害氣體的排放來降低這樣的電站引起的污染，這些有害氣體更特別地引起溫室效應(yīng)。現(xiàn)在，通過鍋爐輸出率的增加來實現(xiàn)燃燒期間產(chǎn)生的0)2相對量的減少，所述鍋爐輸出率的增加與傳送到渦輪機(jī)的蒸汽的溫度和壓力相關(guān)。由于水蒸氣基本上被限制在無縫鋼管中，多年以來一直努力通過改善管材的蠕變強(qiáng)度、且特別是它們在100000小時內(nèi)的蠕變斷裂強(qiáng)度來改善管材對內(nèi)部高溫流體壓力的長期耐受性。被稱為美國材料與試驗協(xié)會("ASTM")的團(tuán)體已制定了本領(lǐng)域的技術(shù)人員可用以選擇其鋼的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范。對于高溫用途的特殊鋼，這些規(guī)范是-規(guī)范A213，題為"無縫鐵素體和奧氏體合金鋼鍋爐、過熱器和換熱器管的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范"，以及-規(guī)范A335:"高溫用無縫鐵素體合金鋼管的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范"。20世紀(jì)60年代的鍋爐使用非合金鋼用于鍋爐篩網(wǎng)以及使用2.25%Cr和1%Mo等級(ASTMA213T22和ASTMA335P22等級)的合金鋼用于過熱器管和過熱蒸汽管道(160巴-5601C)的熱部件。18%Cr和10%鎳的奧氏體不銹鋼本質(zhì)上具有比具有鐵素體組織的合金化程度較低的等級更好的蠕變強(qiáng)度性能，但是由于如下事實而具有嚴(yán)重缺陷單一鍋爐必須包含具有奧氏體組織的一些鋼部件和具有鐵素體組織的其它部件，該缺陷一方面是起因于熱膨脹系數(shù)的差異，另一方面起因于在不同冶金學(xué)組織的管之間制造焊接接頭的必要性。因此，存在改善具有鐵素體組織的材料的趨勢。依照德國標(biāo)準(zhǔn)DIN17.175的具有12%Cr的X20CrMoV12-1鋼已不再非常流行，因為其使用非常麻煩，而且其蠕變性質(zhì)已被超過。20世紀(jì)80年代出現(xiàn)了兼?zhèn)淞己萌渥儚?qiáng)度和優(yōu)異使用性能的微合金化的9%鉻等級的標(biāo)準(zhǔn)(依照ASTMA213和A335的T91和P91、T92和P92)。類似地，20世紀(jì)90年代出現(xiàn)了微合金化的2.25%鉻等級(T23、P23、T24、P24)用以改善過熱器的特定部件和/或篩網(wǎng)的性能。然后，出現(xiàn)了關(guān)于抗熱氧化性的問題，特別是在與含12y。Cr的X20CrMoV12-1鋼相比的9%Cr鋼的情形中。實際上，已知Cr及Si和Al是降低熱氧化的元素。術(shù)語"熱氧化，，涵蓋了2類現(xiàn)象-由氧化性煙霧引起的氧化，和-由水蒸氣引起的氧化。管外表面上的氧化由氧化性煙霧引起的氧化現(xiàn)象發(fā)生在管的外側(cè)，且考慮到穿過這些管的煙霧流，更特別地發(fā)生在過熱器的管的外側(cè)。它們導(dǎo)致金屬厚度的損失并因此導(dǎo)致管中的切向應(yīng)力a的增大，這可以按照所附公式[ll]來書寫，其中D是外徑，e是厚度，P是管內(nèi)的內(nèi)部蒸汽壓力。氧化物(或軋鋼皮)層越薄，氧化動力學(xué)越快。因此，可以認(rèn)為這些隨著軋鋼皮層的增長而限制其本身。遺憾的是，當(dāng)軋鋼皮層厚時，它喪失附著性并分層(剝落)。結(jié)果，氧化在金屬棵露的位置快速重新開始。因此，具有緩慢氧化動力學(xué)且能夠形成纖細(xì)且附著的軋鋼皮的金屬是非常理想的。管內(nèi)表面上的氧化這由于其它原因而適用于在管內(nèi)部發(fā)現(xiàn)且近年來被研究的由水蒸氣引起的氧化現(xiàn)象。實際上，在過熱器的管內(nèi)形成的軋鋼皮提供煙霧(熱源)與有待過熱的水蒸氣之間的熱絕緣。而且，蒸汽側(cè)(管內(nèi)部)的厚軋鋼皮導(dǎo)致比軋鋼皮薄時更加提高的金屬溫度。這時，溫度對蠕變強(qiáng)度的負(fù)面影響是指數(shù)性的。在蠕變強(qiáng)度性能相同的情況下，抵抗蒸汽氧化的鋼管因此可使蒸汽過熱至比對蒸汽氧化的抵抗性較差的鋼管更高的溫度。此外，在厚和/或幾乎不表現(xiàn)出附著性的軋鋼皮的情形中，其剝落可能具有以下后果-在過熱器管的情形中，剝落的軋鋼皮在過熱器的線圏引腳中的積聚，這妨礙蒸汽的運(yùn)動且可能因災(zāi)難性過熱而導(dǎo)致過熱器管爆裂；-剝落軋鋼皮的夾帶物(entrainment)從過熱器管和蒸汽收集器或蒸汽管道流出，進(jìn)入渦輪機(jī)的葉片，存在其腐蝕和/或磨損和毀壞的危險?，F(xiàn)有技術(shù)目前，鍋爐計算法則并不精確考慮對熱氧化的耐受性性質(zhì)(使用如下經(jīng)驗規(guī)則以過度保守的方式來限定過量的厚度用于因煙霧和水蒸氣兩者引起的熱氧化)。申請人的方法在W002/081766中，申請人提出了一種用于無縫管的鋼組合物，該組合物在蠕變斷裂強(qiáng)度和熱氧化耐受性方面均具有非常好的性能。這種組合物的商業(yè)名稱為VM12。令發(fā)明人驚奇之處在于其對600"C和650X:下的蒸汽引起的熱氧化的耐受性，該耐受性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于9%Cr鋼，甚至大于還包含12%Cr的X20CrMoV12-l鋼，而且?guī)缀跖c包含18%Cr的奧氏體級TP347FG的耐受性一樣好。在EcoledesMinesdeDouai得到的實驗結(jié)果在會議"HighTemperatureCorrosionandProtectionofMaterials6"，LesEmbiez2004上提出，并發(fā)表在MaterialsScienceForum，第461-464巻(2004年)，第1039-1046頁，題目為"SteamCorrosionResistanceofNew12%FerriteBoilerSteels"。作者(V.Lepingle等人)觀察到難以在定量預(yù)測熱氧化動力學(xué)，因為鋼的化學(xué)組成元素可能具有非線性影響，或甚至協(xié)同起作用。特別是，他們披露了熱氧化中發(fā)生的兩種不同類型的生長機(jī)制的存在，如圖1和2所示。圖l示出了傳統(tǒng)上決定9-12。/4Cr鋼的熱氧化的機(jī)制。正如所示，氧化物在整個表面上均勻地形成。圖2的機(jī)制涉及VM12等級、特定的X20CrMoV12-l鋼組合物以及具有細(xì)晶粒的奧氏體TP347FG等級在該情形中，氧化物以孤立籽晶的形式出現(xiàn)，其在形成層并在深度上發(fā)展之前不得不在表面上發(fā)展。這種機(jī)制導(dǎo)致緩慢的氧化動力學(xué)以及導(dǎo)致附著性的軋鋼皮。其它研究也關(guān)注于預(yù)測由水蒸氣引起的熱氧化的動力學(xué)。來自Zurek等人的信息也在LesEmbiez會議上提出并發(fā)表在"MaterialsScienceForum"，第461-464巻(2004年)，第791-798頁。它定量顯示了出各種化學(xué)元素對經(jīng)驗氧化規(guī)律的常數(shù)Kp變化的影響△m=Kptz其中，Am是由氧化引起的質(zhì)量增加，t是時間，而z通常取為等于1/2。常數(shù)Kp顯示了超過特定鉻含量的突然降低。從Zurek等人那里可能得到的主要結(jié)論如下(參見圖3):-錳的添加移動到存在明顯Kp降低的區(qū)域右側(cè)，與鉻含量有關(guān)；根據(jù)該研究，Mn的添加趨于妨礙Cr的有利效果；-相反，硅或鈷的添加移動到存在明顯Kp降低的區(qū)域左側(cè)，與鉻含量有關(guān)。根據(jù)該研究，Si和Co具有擴(kuò)展Cr作用范圍的有利影響。應(yīng)理解的是，難以由此推導(dǎo)出與任何特殊合金的性質(zhì)有關(guān)的精確信息。Osgerby等人(S.Osgerby，A.Fry,"Assessmentofsteamoxidationbehaviourofhightemperatureplantmaterials"，Proceedingsfromthe4thInternationalEPRIConference,2004年10月25-28日-HiltonHeadIsland,SouthCarolina-第388-401頁)也研究了由水蒸氣引起的大范圍的鋼和Ni合金的氧化。他們借助于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來對結(jié)果進(jìn)行處理。他們得到如下公式，所述公式在9-12%Cr鐵素體鋼的情形中，定量顯示出出Cr、Si、Mn和Mo的正面影響和W的負(fù)面影響?？偠灾?，這些研究的結(jié)論是不同的，并且甚至對于鐵素體鋼中的錳的情形是相反的。申請人試圖改善這種局面，特別是試圖得到允許改善現(xiàn)有鋼的定量元素，特別是含9%Cr且其抗氧化性到目前位置被認(rèn)為不足的那些鋼及含2.25%Cr的那些鋼。申請人的實驗出于與本申請人的研究合約，EcoledesMinesdeDouai通過對化學(xué)組成的所有元素的影響進(jìn)行模型化，首先開發(fā)了用于預(yù)測一年內(nèi)金屬厚度損失的公式(在沒有金屬蝕刻的情況下對形成的氧化物進(jìn)行酸洗之后確定)。該公式被稱為LPL(氧化皮的最低保護(hù)層)公式不是可公開獲得的，其術(shù)語不為本申請人所知。申請人能夠容易地注意到實驗結(jié)果與所獲悉的通過應(yīng)用LPL公式得到的結(jié)果之間的顯著差異。因此，本申請人對具有鐵素體組織(鐵素體+珠光體、回火貝氏體、回火馬氏體)和2.25%(T22-T23)至13%的Cr含量的16個鋼樣品重新進(jìn)行LesEmbiez2004年會議(參見上文)上提出的在650C下由水蒸氣引起的熱氧化的動力學(xué)測量。圖4是測試的鋼的組成表，在最后一列，是對應(yīng)于這些鋼在一年內(nèi)的金屬厚度損失的腐蝕測量結(jié)果的值(腐蝕速率Vcor)。圖4的表格中的術(shù)語"ND"意指"未獲得"。10申請人對這些實驗結(jié)果進(jìn)行了多維統(tǒng)計分析。該分析是基于表達(dá)特定機(jī)制的合理經(jīng)驗方法的多個項以及決定腐蝕速率Vcor的影響。多次測試之后，本申請人得到所附公式[21],該公式表示長期(即大約一年的時間段內(nèi))的650匸腐蝕速率Vcor。公式[21]提供了在650C下暴露于水蒸氣一年內(nèi)的金屬厚度的平均損失(單位mm)。該平均厚度損失本身是從標(biāo)準(zhǔn)條件下氧化物的選擇性酸洗之后的金屬重量損失推導(dǎo)出的。公式[21]包含如下的不同指定項，<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>公式[21]的含量以重量％(或質(zhì)量％)表示。系數(shù)oc(阿爾法)、P(貝塔)和5(德耳塔)以及表達(dá)式B和C中出現(xiàn)的那些基本上具有附件1、部分3、表達(dá)式[31]至[36]中所提及的值。另外，如果全面地檢查公式[21]，其似乎特別包含-鉻含量的函數(shù)，其包含具有1/Cr比率項(1/A項)的1/&2項和Cr修正項(B項)；-錳含量(C項)的多項式函數(shù)(在該情形中，為二次)；-W+Ni(鎢+鎳)的共同貢獻(xiàn)(表示為q)，其一方面是A項中的l/-q貢獻(xiàn)，另一方面是C項中的q貢獻(xiàn)；-其它含量僅出現(xiàn)一次，以可直接從該公式推出的方式。圖5和6示出了y軸上的該新乂^式Vcor(預(yù)測Vcor)如何與申請人已知的x軸上的實驗結(jié)果(測量Vcor)相比較。由此可以推出-圖5中(右側(cè)部分)，對于2.25%附近的鉻含量，一致性優(yōu)良；-圖5中(左側(cè)部分)以及作為圖5左側(cè)部分詳圖的圖6中，對于9%和12%附近的鉻含量，一致性也優(yōu)良。簡而言之，模型化和實驗提供了非常類似的結(jié)果。顯然，本發(fā)明不限于公式[21]的表達(dá)式，可以書寫具有不同比率的公式[21]的等效式。還可以書寫其具有更多局部應(yīng)用(在含量范圍方面)的簡化等效式(將每一項的變體的性質(zhì)考慮在內(nèi))或者它們的元素的簡化等效式。最后，雖然在6501C下得出公式[21]，但是當(dāng)然對于其它、較低或較高的溫度也有效。例如在較低的溫度下，在650X:下具有稍微較高的腐蝕速率的鋼等級是可以接受的，如果其具有從任何觀點(diǎn)看有利的性質(zhì)，包括較低的生產(chǎn)成本。更具體地說，依照公式[21]的信息，申請人注意到高于約0.25%的Mn含量的顯著不利的影響(所研究的含量范圍0.2-0.53%)。還注意到，如果Si大于或等于0.20%(含量的研究范圍0.09-0.47%),則Si含量幾乎沒有影響。還注意到在研究極限(0.1-0.2%)內(nèi)不存在顯著的碳含量影響。于是，申請人關(guān)注于調(diào)查規(guī)范ASTM、A213和A335的高性能鐵素體等級，這些等級適用于導(dǎo)致薄且高粘附性的軋鋼皮的化學(xué)組成的特殊領(lǐng)域的鍋爐(T91、P91、T92、P92、T23、P23、T24、P24)，這允許管材更有效地工作在約6001C、甚至6501C的蒸汽溫度以及約300巴的蒸汽壓力下。通常，管材制造商必須從鉻含量范圍的底部開始按順序確定他們的鋼，以帶來該元素的成本和該元素的ot生成性質(zhì)。例如，對于ASTMA213的T91等級的8.00-9.50%的理論范圍，管材制造廠定制含約8.5%Cr的鋼；這使產(chǎn)品中存在5鐵素體的風(fēng)險最小化。眾所周知，錳允許鋼的含硫量被固定，并且這種固定防止可鍛性問題(鋼的燒灼)。因此，盡管對于等級T91，ASTMA213的范圍是0.30-0.60%，但傳統(tǒng)上是開發(fā)適合在高溫下使用的鋼，所述鋼具有120.50%范圍內(nèi)、即該范圍的上部的錳含量。通常，本文提出的用于無縫管的鋼等級的意圖是在提高的壓力和溫度下傳送水蒸氣，其包含(按重量計算)1.8-13%的鉻(Cr)、小于1%的珪(Si)和0.10-0.45%的錳(Mn)。任選地，所述鋼包含選自鉬(Mo)、鴒(W)、鈷(Co)、釩(V)、鈮(Nb)、鈦(Ti)、硼(B)和氮(N)中的至少一種元素的添加。考慮到已獲得的經(jīng)驗，申請人關(guān)注于表現(xiàn)出高蠕變性能的兩組等級，因為它們與Mo或與W合金化并且微合金化(Nb、V、N及任選的B和Ti)，但是從熱氧化的觀點(diǎn)看是可以改善的。它們是-第一組2.25。/。Cr鋼等級T/P22、T/P23、T/P24-第二組9%Cr鋼等級T/P91、T/P92如將在下文中所看到的，由此確定出在腐蝕速率方面特別有利的特殊鋼等級。實施方案E10:鋼T22和P22標(biāo)準(zhǔn)ASTMA213和A335分別將等級T22和P22定義為包含-0.30-0.60%Mn-至多0.50%Si-1.90-2.60%Cr-0.87-1,13%Mo—0.05-0.15%C-至多0.025%S-至多0.025%P舊等級不包含Ti、Nb、V和B的微量添加。在下表TIO中，第2-7列規(guī)定了來自本領(lǐng)域的參比鋼以及提出的三種其它鋼(在第l列中指出)的組成。在測量Vcor列中，"ND"意指"未獲得，，。應(yīng)理解的是，確定在一年內(nèi)高溫下的可靠且精確的腐蝕速率所需的試驗特別長、麻煩且昂貴。對于參比鋼(R10)，可以看到測量值和由^^式[21]所預(yù)測的值幾乎完全對應(yīng)。因此一旦檢查了公式[21]，就可以由此導(dǎo)出與本實施方案E10的其它鋼等級有關(guān)的信息。這些其它等級由三個實施例來表示，依照得到的腐蝕速率，由E10-max、E10-med、以及E10-min來指示。表TIO<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>相對于"參比"組合物R10的腐蝕速率，選擇等級E10允許18%(對于E10-max)至42%(對于E10-min)的增加。在本實施方案E10中，所述鋼包含2.3-2.6%的Cr。優(yōu)選地，實施方案E10的鋼包含0.20-0.50%、且非常優(yōu)選O.30-0.50°/。的Si含量。優(yōu)選地，該鋼包含0.30-0.45°/。的Mn含量。根據(jù)該實施方案E10的鋼優(yōu)選包含0.87-1%的Mo。它不包含故意添加的W，鵠是鋼的殘余物且其含量約0.01%。非常優(yōu)選地，根據(jù)實施方案E10的鋼具有Cr、Mn、Si、Mo、W、Ni、Co含量，其依照y〉式[21]計算的Vcor值至多等于約0.9mm/年，優(yōu)選為0.85mm/年。對于至多等于約0.7m邁/年的Vcor，得到更好的結(jié)果。實施方案E11:鋼T23和P23標(biāo)準(zhǔn)ASTMA213和A335分別將等級T23和P23定義為包含-0.10-0.60%Mn一至多0.50%Si-1.90-2.60%Cr-0.05-0.30%Mo-1.45-1.75%W-0.04-0.10%C-至多0.030%P-至多0.010%s—0.20-0.30%V-0.02-0.08%Nb-0.0005-0.006%B-至多0.030%的N-至多0.030%的Al用鴒和微量添加物代替大部分的鉬賦予這些等級比T/P22等級改善很多的蠕變強(qiáng)度性質(zhì)。相反，這樣的改善不允許針對熱氧化的溫度耐受性上限的增加。在下表Tll中，列2-7規(guī)定了來自本領(lǐng)域的參比鋼和提出的三種其它鋼(在第1列中指定)的組成。對于參比鋼，可以看到測量值和由公式[21]預(yù)測的值完全一致。因此，一旦檢查公式[21]，就由此推出與本實施方案Ell的其它三個鋼等級有關(guān)的信息，依照得到的腐蝕速率，用Ell-max、Ell-med、以及Ell-min來表示。表Tll<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>相對于"參比，，組合物的腐蝕速率，選擇等級Ell允許12%(對于Ell-max)至51%(對于Ell-min)的增加。在本實施方案E11中，所述鋼包含2.3-2.6%的鉻。優(yōu)選地，實施方案Ell的鋼包含0.20-0.50%、且非常優(yōu)選O.30-O.50。/。的Si含量。優(yōu)選地，所述鋼包含0.25-0.45°/。的錳含量。根據(jù)本實施方案Ell的鋼優(yōu)選包含1.45-1.60%的W和0.05-0.20%的Mo。非常優(yōu)選地，根據(jù)實施方案Ell的鋼具有Cr、Mn、Si、Mo、W、Ni、Co含量，其依照公式[21]計算的Vcor值小于約1.4鵬/年，優(yōu)選為約1.25mm/年。對于至多等于約0.9mm/年的Vcor，得到更好結(jié)果。實施方案E12:鋼T24/P24依照標(biāo)準(zhǔn)ASTMA213，這些鋼包含-0.30-0.70%Mn-0.15-0.45%Si-2.20-2.60%Cr-0.70-1.10%Mo-0.04-0.10%C一至多0,020%P-至多0.010%S-0.20-0.30%V-0.06-0.10%Ti-0.0015-0.0020%B-至多0.012°/。N-至多0.020%Al已按照與表T10和Tll類似的方式制定下表T12。表T12<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>通過根據(jù)本發(fā)明的選擇，增加受到更大限制從9%(E12-max)到30%(E12-min)。據(jù)認(rèn)為這基本上是由于這樣的事實，即關(guān)于Cr含量的余量(margin)不如實施方案E10或Ell的寬。根據(jù)本實施方案E12,所述鋼包含2.4-2.6°/。的Cr。優(yōu)選地，所述鋼包含0.20-0.45%、且非常優(yōu)選0.30-0.45%的Si含量。優(yōu)選地，所述鋼包含在0.30-0.45%的Mn含量。根椐本實施方案E12的鋼不包含W添加(約0.01%的殘余鴒含量);其Mo含量優(yōu)選為0.70-0.9%。非常優(yōu)選地，#據(jù)本實施方案E12的鋼具有Cr、Mn、Si、Mo、W、Ni、Co含量，其依照公式[21]計算的Vcor值至多等于約0.8mffl/年，且優(yōu)選地至多等于約0.75mm/年。對于至多等于約0.7mm/年的Vcor，得到更好的結(jié)果。應(yīng)注意的是實施方案EIO、Ell和E12(總體上用El來表示)在鉻、錳和硅含量方面相當(dāng)類似。因此，這些實施方案之一El的另外Cr、Mn和/或Si含量可以至少部分地應(yīng)用于另一實施方案El。實施方案E20:鋼T9和P9標(biāo)準(zhǔn)ASTMA213和A335分別將等級T9和P9定義為包含-0.30-0.60%Mn-0.25-1.00%Si-8.00-10.00%Cr-0.90-1.10%Mo-至多0.15%C-至多0.025%P-至多0.025%S與下文中闡述的實施方案E21和E22相比，根據(jù)實施方案E20的鋼不包含V、Nb、N或B的孩1量添加。在下表T20中，第2-7列規(guī)定了來自本領(lǐng)域的參比鋼以及提出的三種其它鋼(在第1列中指定)的組成。在測量Vcor列中，"ND"意指"未獲得"。應(yīng)理解的是確定一年內(nèi)的高溫下的可靠且精確的腐蝕速率所需的試驗特別長、麻煩且昂貴。由公式[21]導(dǎo)出與本實施方案E20的各種鋼等級有關(guān)的信息。這些等級由三個實施例來表示，依照得到的腐蝕速率，用EM-max、E20-med和E20-min來指示。表T20<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>相對于"參比"組合物R20的腐蝕速率，選擇等級E20允許16%(對于E20-max)至89%(對于E20-min)的增加。在本實施方案E20中，所述鋼包含9.2-10.00%的鉻。優(yōu)選地，實施方案E20的鋼包含0.25-0.50%、且非常優(yōu)選0.30-0.40°/。的Si含量。優(yōu)選地，所迷鋼包含0.30-0.45%的Mn含量。根據(jù)本實施方案E20的鋼優(yōu)選包含0.90-1.00°/。的Mo。它不包含故意的W添加，鵠是鋼的殘余物且其含量約0.01%。非常優(yōu)選地，根據(jù)實施方案E20的鋼具有Cr、Mn、Si、Mo、W、Ni、Co含量，其依照公式[21]計算的Vcor值至多等于約0.09mm/年，優(yōu)選為0.06mm/年。對于至多等于約0.04mm/年的Vcor，得到更好的結(jié)果。實施方案E21:鋼T91/P91依照標(biāo)準(zhǔn)ASTMA213和A335，這些鋼包含一0.30—0.60%Mn-0.20-0.50%Si-8.00-9.50%Cr-0,85-1.05%Mo-至多G.40%Ni-0.08-0.12%C一至多0.020%P一至多0.010%S-0.18-0.25%V一0.06-0.1%Nb-0.030-0.070%N-至多0.040%Al已按照與表T10類似的方式制定下表T21。表T21MnSiCrMoWNiCo測量Vcor計算Vcor參比(R21)0.460.318.730.990.010.26-0.0940.106E21-max0.450.38.900.95-0.20-ND0.095E21-min0.300.509.500.85-0.02-ND0.021E21-med0.400.359.000.90-0.05-ND0.066通過選擇實施方案E21,增加的范圍是從10%(E21-max)到80°/。(E21-min)。值得注意的是對于E21-min，得到的值是參比值的五分之一》根據(jù)本實施方案E21,鋼包含8.9-9.54的Cr。優(yōu)選地，所述鋼包含0.20-0.50%、且非常優(yōu)選0.30-0.50%的Si含量。優(yōu)選地，鋼包含0.30-0.45°/。的Mn含量。其優(yōu)選包含0.85-0.95%的Mo。優(yōu)選地，根據(jù)實施方案E21的鋼包含至多0.2%Ni(且非常優(yōu)選地至多0.1%)，且?guī)缀醪缓o(約0.01%的殘余量)。19非常優(yōu)選地，根據(jù)實施方案E21的鋼具有Cr、Mn、Si、Mo、W、M、Co含量，其依照公式[21]計算的Vcor值小于約O.lmm/年。對于至多等于約O.07mm/年的Vcor，得到更好的結(jié)果。實施方案E22:鋼T92/P92依照標(biāo)準(zhǔn)ASTMA213和A335,這些鋼包含-至多0.30至0.60%Mn-至多0.50%Si-8.50-9.50%Cr一0.30-0.60%Mo-1.50-2.00%W一至多0.40%Ni一0.07—0.13%C一至多0,020%P-至多0.010%S-0.15-0.25%V-0.04-0.09%Nb-0.001-0.006%B-0.030-0.070%N-至多0.040%Al已按照與表T10類似的方式制定下表T22。表T22MnSiCrMoWNiCo測量Vcor計算Vcor參比(R21)0.410.228.510.441.690.13-0.1130.113E22-max0.400.258.900.451.700.20-ND0.11E22陽min0.300.509.500.301.500.02-ND0.055E22-medL350.309.200.401.700.1-ND0.08220在該情形中，通過選擇這些實施方案E22，增加的范圍是2°/。(E22-max)至52%(E22-min)。根據(jù)本實施方案E22,鋼包含8.9-9.5%的Cr。優(yōu)選地，實施方案E22的鋼包含0.20-0.50%、且非常優(yōu)選0.30-0.50%的Si含量。優(yōu)選地，實施方案E22的鋼包含0.30-0.45%、且非常優(yōu)選0.30-0.40%的Mn含量。根據(jù)實施方案E22的鋼優(yōu)選包含0.30-0.45%的Mo。它包含1.50-1.75%的W。優(yōu)選地，根據(jù)實施方案E22的鋼包含至多0.2%的Ni，且非常優(yōu)選至多0.1%。非常優(yōu)選地，根據(jù)實施方案E22的鋼具有Cr、Mn、Si、Mo、W、Ni、Co含量，其依照/>式[21]提供至多等于約0.11mm/年的Vcor值。對于Vcor，得到至多等于約O.08mm/年的更好結(jié)果。應(yīng)注意的是實施方案E21和E22(總體上用E2來表示)在鉻、錳和硅含量方面相當(dāng)類似。因此這些實施方案之一的其它Cr、Mn和/或Si舍量可以至少部分地應(yīng)用于另一個?，F(xiàn)在將考慮中間情況。實施方案E30:鋼T5和P5標(biāo)準(zhǔn)ASTMA213和A335分別將等級T5和P5定義為包含-0.30-0.60%Mn一至多0.50%Si一4.00—6.00%Cr-0.45-0.65%Mo一至多0.15%C-至多0.025%P-至多0.025%S在下表T30中，第2-7列規(guī)定了來自本領(lǐng)域的參比鋼以及提出的三種其它鋼(在第1列中指定)的組成。在測量Vcor列中，"ND"意指"未獲得，，。應(yīng)理解的是確定一年內(nèi)的高溫下的可靠且精確的腐蝕速率所需的試驗特別長、麻煩且昂貴。由公式[21]導(dǎo)出與本實施方案E30的各種鋼等級有關(guān)的信息。這些等級由三個實施例來表示，依照得到的腐蝕速率，用E30-max、E30-med和E30-min來指示。表T30MnSiCrMoWNiCo觀'J量Vcor計算Vcor參比(R30)0.500.324.800.520.010.15-ND0.269E30-max0.450.255.200.600.010.2-ND0.228E30-min0.300.456.000.450.010.1-ND0.122E30-medl0.400.305.400.550.010.15-ND0.189E30-med20.350.305.600.500.010.15-ND0.159相對于"參比"組合物R30的腐蝕速率，選擇等級E30允許15%(對于E30-max)至55%(對于E30-min)的增加。在本實施方案E30中，鋼包含5.2-6.00°/。的Cr。優(yōu)選地，實施方案E30的鋼包含0.25-0.50%、且非常優(yōu)選0.30-0.45。/。的Si含量。優(yōu)選地，所述鋼包含O.30-0.45。/。的Mn含量。才艮據(jù)本實施方案E30的鋼優(yōu)選包含0.45-0.60%的Mo。它不包含故意的W添加，鴒是鋼的殘余物且其含量約0.01%。非常優(yōu)選地，才艮據(jù)實施方案E30的鋼具有Cr、Mn、Si、Mo、W、Ni、Co含量，其依照公式[21]計算的Vcor值至多等于約0.23mm/年，優(yōu)選地為0.20fflin/年。對于至多等于約0.17mm/年的Vcor，得到更好的結(jié)果。所用模型導(dǎo)致諸如Cr、Si的特定a生成元素的含量增加并導(dǎo)致諸如Mn和Ni的特定y生成元素的含量減少；這可促進(jìn)5鐵素體的出現(xiàn)。如果從5鐵素體出現(xiàn)的觀點(diǎn)看，Mo和/或W(a生成元素)含量的減少不足以補(bǔ)償Cr、Si含量的增加以及Mn和Ni含量的減少，則將需要調(diào)節(jié)當(dāng)前模型中未出現(xiàn)的諸如N和C的y生成元素的含量。在這方面，將使用已知的公式來預(yù)測作為等效鉻和等效鎳的含量的函數(shù)的5鐵素體。為優(yōu)化特殊鋼而提出的技術(shù)包括以下元素。所取的起始點(diǎn)是已知的鋼等級，其具有熱腐蝕之外的已知性質(zhì)并且從熱腐蝕的觀點(diǎn)看被優(yōu)化。基于諸如公式[21]的模型對參比組合物計算長期腐蝕性能。基于相同模型，在已知鋼的附近，對導(dǎo)致更好的腐蝕性能值的鋼等級組成的特定范圍進(jìn)行調(diào)查。由于該模型非?？煽浚@項技術(shù)具有許多優(yōu)點(diǎn)，包括-避免僅為了腐蝕試驗而生產(chǎn)不常見的鋼；-避免麻煩且昂貴的長期和高溫腐蝕試驗。最重要的是，這項技術(shù)允許使用不過度保守的目標(biāo)數(shù)據(jù)來設(shè)計鍋爐或蒸汽管并因此將設(shè)計計算中所考慮的過量腐蝕厚度最小化。它還允許將蒸汽溫度提高至給定的金屬溫度并通過促進(jìn)氧化物在蒸汽側(cè)的鋼表面上的非均勻和不連續(xù)形成來避免軋鋼皮的剝落。根據(jù)本發(fā)明的鋼還可以例如(以下羅列并非窮舉)用作制造焊接管、連接件、反應(yīng)器、鍋爐制造部件的金屬薄板，用作制造渦輪機(jī)主體或安全閥體的模壓部件，用作制造軸和渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子、連接件的鍛造部件，用作制造粉末冶金中的大量零件的金屬粉末，用作焊接填充金屬及其它類似應(yīng)用。23附錄1<formula>formulaseeoriginaldocumentpage24</formula>部分1<formula>formulaseeoriginaldocumentpage24</formula>部分2<formula>formulaseeoriginaldocumentpage24</formula>部分3<formula>formulaseeoriginaldocumentpage24</formula>權(quán)利要求1.用于特殊應(yīng)用的鋼組合物，其特征在于所述鋼組合物按重量計算包含約1.8-11％的鉻、小于1％的硅和0.20-0.45％的錳，所述鋼組合物的含量是基于預(yù)定的模型來調(diào)節(jié)，選擇該模型用以獲得在高溫性能的給定條件下基本最佳的抗熱氧化性質(zhì)。2.如權(quán)利要求1所述的鋼組合物，其特征在于所述鋼組合物包含選自鉬、鴒、鈷和鎳的至少一種元素作為添加物或作為殘余物。3.如權(quán)利要求1和2之一所述的鋼組合物，其特征在于所述鋼組合物按重量計包含約0.20-0.50%、且優(yōu)選約0.30-0.50%的硅含量。4.如權(quán)利要求1一3之一所述的鋼組合物，其特征在于所述鋼組合物按重量計包含約0.25—0.45%的錳含量。5.如權(quán)利要求1-4之一所述的鋼組合物，其特征在于所述模型包含至少一個鉻貢獻(xiàn)項，以及錳單獨(dú)的貢獻(xiàn)項。6.如權(quán)利要求5所述的鋼組合物，其特征在于所述的錳單獨(dú)的貢獻(xiàn)項包含錳含量的二次多項式函數(shù)。7.如權(quán)利要求5和6之一所迷的鋼組合物，其特征在于所述鉻貢獻(xiàn)項包含鉻含量的逆二次項，以及含鉻含量的量的逆項。8.如前述權(quán)利要求之一所述的鋼組合物，其特征在于所述鋼組合物按重量計包含約2.3-2.6%的鉻。9.如權(quán)利要求8所述的鋼組合物，其特征在于所述鋼組合物按重量計包含1.45-1.60%的鎢和0.05-0.20%的鉬(Ell)。10.如權(quán)利要求9所述的鋼組合物，其特征在于按重量計算的Cr、Mn、Si、Mo、W、Ni、Co的含量，使得基于公式[21]的腐蝕值Vcor小于約l.4，優(yōu)選地至多等于約1.25(E11)。11.如權(quán)利要求8所述的鋼組合物，其特征在于所述鋼組合物按重量計包含O.87-1%的鉬和極少的鴒(E10)。12.如權(quán)利要求11所述的鋼組合物，其特征在于按重量計算的Cr、Mn、Si、Mo、W、Ni、Co的含量，4吏得基于公式[21]的腐蝕值Vcor至多等于約0.9，優(yōu)選地至多等于約0.85(E10)。13.如權(quán)利要求8所述的鋼組合物，其特征在于所述鋼組合物按重量計包含2.4-2.6%的鉻、0.70-0.90%的鉬，且?guī)缀醪缓u(E12)。14.如權(quán)利要求11所述的鋼組合物，其特征在于按重量計算的Cr、Mn、Si、Mo、W、Ni、Co的含量，使得基于公式[21]的腐蝕值Vcor至多等于約0.8，優(yōu)選地至多等于約0.75(E12)。15.如權(quán)利要求1-7之一所述的鋼組合物，其特征在于所述鋼組合物包含約8.9-9.5重量％的鉻。16.如權(quán)利要求15所述的鋼組合物，其特征在于所述鋼組合物包含O.85-0.95%的鉬(E21)。17.如權(quán)利要求16所述的鋼組合物，其特征在于Mo含量為0.85-0.95。/。Mo且W基本不存在，并且所述鋼組合物基于公式[21]的腐蝕值Vcor小于約0.1，優(yōu)選至多等于約0.07U21)。18.如權(quán)利要求15所述的鋼組合物，其特征在于其包含1.50-1.75%的鴒和0.30-0.45%的鉬(E22)。19.如權(quán)利要求18所述的鋼組合物，其特征在于按重量計算的Cr、Mn、Si、Mo、W、Ni、Co的含量，使得基于公式[21]的腐蝕值Vcor至多等于約0.11,優(yōu)選0.08(E22)。20.如權(quán)利要求15一19之一所述的鋼組合物，其特征在于所述鋼組合物包含小于0.2%的鎳。21.無縫或附件管，其基本由根據(jù)前述權(quán)利要求之一的鋼組合物構(gòu)成o22.所述鋼組合物在無縫和附件管中的應(yīng)用，以便在提高的壓力和溫度下生成、傳送或調(diào)節(jié)水蒸氣。全文摘要本發(fā)明涉及在高壓和/或高溫下在由氧化性環(huán)境引起的腐蝕性氣氛中具有優(yōu)異的隨時間耐受性的鋼，所述氧化性環(huán)境是例如煙霧或水蒸氣。本發(fā)明涉及用于特殊應(yīng)用的鋼組合物，所述組合物按重量計包含約1.8-11％的鉻(且優(yōu)選約2.3-10％的鉻)、小于1％的硅和0.20-0.45％的錳。已發(fā)現(xiàn)，可以基于預(yù)定的模型調(diào)節(jié)組分的含量，選擇所述模型用以獲得對高溫行為的特殊條件下的腐蝕基本最佳的性能。所述模型可以包括選自鉬、鎢、鈷和鎳的至少一種元素作為添加物或殘余物。文檔編號C22C38/22GK101466859SQ200780021327公開日2009年6月24日申請日期2007年6月7日優(yōu)先權(quán)日2006年6月9日發(fā)明者B·范登伯格,D·佩特洛,G·路易,J·萊耶,V·萊潘格勒申請人:V&M法國公司