專利名稱：奧氏體耐熱不銹鋼及其加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種奧氏體不銹鋼，特別涉及一種奧氏體耐熱不銹鋼及其加工方法。
背景技術(shù)：
奧氏體不銹鋼，是指在常溫下具有奧氏體組織的不銹鋼。鋼中含Cr約18%、Ni 89TlO%、C約0. 1%時，具有穩(wěn)定的奧氏體組織。奧氏體鉻鎳不銹鋼包括著名的18Cr-8Ni鋼和在此基礎(chǔ)上增加Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素發(fā)展起來的高Cr-Ni系列鋼。此類奧氏體不銹鋼廣泛應(yīng)用于冶金、電力、石油、化工等工業(yè)部門，如火力發(fā)電廠的鍋爐噴燃器、硫磺制酸系統(tǒng)中的高溫調(diào)控蝶閥等耐熱件。這些耐熱鋼零部件在高溫下與氧化性氣體(02、H2O , CO2, SO2等)接觸時，會發(fā)生氧化反應(yīng)，對工業(yè)生產(chǎn)和零部件的使用壽命都會產(chǎn)生不利的影響，所以要求材質(zhì)具有良好的高溫強度和抗高溫氧化性，才能滿足其使用性能的要求。目前廣泛應(yīng)用于冶金、電力、礦山、建材等行業(yè)的耐熱耐磨材料是 4Cr25Ni20,該鋼在900 1200°C之間表現(xiàn)出良好的耐熱性和抗氧化性。但由于其含鎳量高，成本較高。在當(dāng)今國際鎳價上漲迅猛的情況下，研制一種低鎳、低成本的耐熱鋼具有較大的經(jīng)濟和社會效益。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供了一種具有良好的高溫抗氧化性、抗?jié)B碳性和抗硫化腐蝕能力，降低生產(chǎn)成本的奧氏體耐熱不銹鋼及其加工方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案一種奧氏體耐熱不銹鋼，其特征在于包括有碳、硅、錳、鉻、鎳、氮及稀土元素，各組分按質(zhì)量百分比為碳0. 25 0. 45%、 硅0. 5 2%、猛0. 5 2%、鉻23 27%、鎳6 10%、氮0. 15 0. 3%、稀土元素0. 1 0.5%，余量為鐵。在上述方案中，在鋼的表面形成一層穩(wěn)定而致密的Cr203、SW2膜，能牢固的附著于金屬的表面，從而有效地保護金屬免受高溫氣體的氧化及介質(zhì)的腐蝕。同時以硅、氮和稀土等元素補充合金化的奧氏體耐熱鋼，具有較高的高溫強度和組織穩(wěn)定性以及耐急冷急熱性；尤其是具有良好的高溫抗氧化性、抗?jié)B碳性和抗硫化腐蝕能力；最高使用溫度為 12000C ；在900 1200°C其主要性能超過傳統(tǒng)的耐熱鋼；具有良好的熱加工性能，可生產(chǎn)板、棒等產(chǎn)品；而且貴金屬元素大大減少，降低了材料的成本。并且上述方案中的各種元素控制量的效果如下
碳控制在0. 25 0. 45% 碳是擴大奧氏體區(qū)元素，對鋼的性能影響很大。碳可以和元素(如Cr、Ti、W等)形成碳化物，是保證高溫強度的主要元素。碳含量過高會導(dǎo)致材料塑性、韌性及強度大幅度下降，機加工困難，焊接易產(chǎn)生裂紋。為了材料的綜合性能，碳控制在 0. 25 0. 45%ο添加鉻控制在23 27% 鉻是耐熱鋼中抗高溫氧化和抗高溫腐蝕的主要元素之一，并能提高耐熱鋼的熱強性。鋼中含鉻量足夠高時，能在其表面上形成一層致密的Cr2O3膜，這種氧化膜在一定程度上能阻止氧、硫、氮等腐蝕性氣體向鋼中擴散，也能阻礙金屬離子向外擴散。隨著鉻量的增加，鋼的抗氧化性能提高。經(jīng)實驗確定，將Cr含量為23 27%。鎳是耐熱鋼中重要的合金元素之一，其主要作用是促進和穩(wěn)定奧氏體組織，保證鋼具有較好的高溫抗氧化性和良好的加工性能?？紤]到加入了碳、錳、氮等奧氏體元素，鎳的加入量為6 10%。硅能在高鉻鋼表面形成氧化硅致密內(nèi)氧化膜層，它與以Cr2O3為主的致密氧化層共同抵御對鋼的氧化，從而增加了鋼的抗氧化能力。但硅含量過高，將顯著降低鋼的塑性和韌性，硅含量過高還降低鋼的焊接性。故將硅含量控制在0. 5 2%。錳屬于奧氏體元素，還可增加氮在鋼中的溶解度，從而在含氮鋼中起穩(wěn)定奧氏體的作用。但含量過高會有損于抗氧化性能和降低蠕變極限，經(jīng)實驗確定為0.5 2%。
氮作為合金化元素在奧氏體型耐熱鋼中的作用與碳有些類似。氮能擴大奧氏體相區(qū)，對奧氏體的穩(wěn)定作用比碳還強烈。氮可以提高鋼淬透性，降低鋼的過熱敏感性，同時還可以增強碳化物的穩(wěn)定性。隨著氮含量增加，鋼的室溫強度和高溫強度提高，延伸率和屈強比顯著降低；鐵素體含量明顯減少，氮化物析出量增多，鋼的晶粒度明顯細(xì)化。但鋼中氮含量過高，鋼錠在鍛造過程中表面易開裂，從而顯著影響其表面質(zhì)量。根據(jù)實驗， 耐熱鋼中氮含量應(yīng)控制0. 15% 0. 3%之間適宜。稀土元素對提高耐熱鋼的抗氧化性能有較明顯的作用。稀土元素的氧化物可以增加基體金屬與氧化膜之間的附著力，因為稀土氧化物對基體金屬有“釘扎”作用。稀土金屬鑭和鈰能降低Cr2O3的揮發(fā)性，改善氧化物的組成，變成更加穩(wěn)定的(Cr、La)203氧化物膜。 稀土元素也鋼中很好的脫硫去氣劑，可以清除其他(如砷、銻、鉍等)有害雜質(zhì)，可以改善鋼中夾雜物的形狀和分布狀態(tài)，從而改善和提高鋼的質(zhì)量和耐熱性能。稀土元素過多，會起到污染鋼液的作用，因此稀土元素的加入量控制在0. 1 0. 5%。本發(fā)明加工放大所采用技術(shù)方案為加工可采用鍛造開坯加軋制的方式，其中開鍛溫度1120°C 1150°C，終鍛溫度為950°C 1200°C ；開軋溫度為1160°C 1200°C，終軋溫度為 1000°C 12000C ο加工方法的進一步技術(shù)方案為不銹鋼的固溶處理溫度為1150°C 1200°C，固溶處理后的冷卻方式為水冷或空冷。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。


圖1為本發(fā)明實施例中高溫抗氧化性能與25-20耐熱鋼的比較圖； 圖2為本發(fā)明實施例中放大40倍的鋼鑄造組織金相圖1 ；
圖3為本發(fā)明實施例中放大100倍的鋼鑄造組織金相圖2。
具體實施例方式本發(fā)明為一種奧氏體耐熱不銹鋼，包括有碳、硅、錳、鉻、鎳、氮及稀土元素，各組分按質(zhì)量百分比為碳0. 25 0. 45%、硅0. 5 2%、錳0. 5 2%、鉻23 27%、鎳6 10%、氮0. 15 0. 3%、稀土元素0. 1 0. 5%，余量為鐵。
用中頻感應(yīng)爐澆鑄三爐鋼，其化學(xué)成分如表1所示 表1列舉在本發(fā)明范圍內(nèi)的三組不同質(zhì)量的配比
權(quán)利要求
1.一種奧氏體耐熱不銹鋼，其特征在于包括有碳、硅、錳、鉻、鎳、氮及稀土元素，各組分按質(zhì)量百分比為碳0. 25 0. 45%、硅0. 5 覬、錳0. 5 2%、鉻23 27%、鎳6 10%、氮0. 15 0. 3%、稀土元素0. 1 0. 5%，余量為鐵。
2.一種奧氏體耐熱不銹鋼的加工方法，其特征在于加工可采用鍛造開坯加軋制的方式，其中開鍛溫度1120°C 1150°C，終鍛溫度為950°C 1200°C ；開軋溫度為1160°C 1200°C，終軋溫度為 1000°C 1200°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的奧氏體耐熱不銹鋼的加工方法，其特征在于不銹鋼的固溶處理溫度為1150°C 1200°C，固溶處理后的冷卻方式為水冷或空冷。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種奧氏體不銹鋼，特別涉及一種奧氏體耐熱不銹鋼及其加工方法。本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案一種奧氏體耐熱不銹鋼，其特征在于包括有碳、硅、錳、鉻、鎳、氮及稀土元素，各組分按質(zhì)量百分比為碳:0.25～0.45%、硅:0.5～2%、錳:0.5～2％、鉻:23～27％、鎳:6～10％、氮:0.15～0.3％、稀土元素:0.1～0.5％，余量為鐵。采用上述技術(shù)方案，提供了一種具有良好的高溫抗氧化性、抗?jié)B碳性和抗硫化腐蝕能力，降低生產(chǎn)成本的奧氏體耐熱不銹鋼及其加工方法。
文檔編號C21D8/00GK102230137SQ20111016570
公開日2011年11月2日 申請日期2011年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月20日
發(fā)明者劉煥安, 張智丹, 歐陽明輝 申請人:宣達(dá)實業(yè)集團有限公司