專利名稱：一種奧氏體節(jié)鎳耐熱鋼板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋼板制造技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種新型奧氏體節(jié)鎳耐熱鋼板及其制造方法。
背景技術(shù)：
鎳是鋼中重要的元素之一，鎳可以提高鋼的機(jī)械性能，增加鋼的強(qiáng)度、韌性、耐熱性，增加鋼的防腐蝕、抗酸性及其導(dǎo)磁性等。鎳還能夠細(xì)化晶粒、提高鋼的淬透性和增加鋼的硬度。加了鎳的鋼有著良好的耐熱耐蝕性，并且鎳是奧氏體區(qū)擴(kuò)大元素，同時(shí)可以防止奧氏體鋼中脆性相的生成。基于上述優(yōu)點(diǎn)，近來(lái)，奧氏體耐熱不銹鋼在鍋爐和壓力容器中有著廣泛的應(yīng)用，例如取向硅鋼高溫環(huán)形退火爐熱處理設(shè)備內(nèi)罩，是退火保護(hù)的關(guān)鍵設(shè)備，長(zhǎng)期在高溫下運(yùn)行， 標(biāo)準(zhǔn)退火周期為150h，其中加熱至650°C保溫停留17h，在高溫工作1200°C保溫27h。設(shè)備內(nèi)罩須長(zhǎng)期在高溫下運(yùn)行，致局部熔損及氧化皮脫落，使設(shè)備壽命大大降低。在現(xiàn)有技術(shù)中，取向硅鋼高溫環(huán)形退火爐熱處理設(shè)備內(nèi)罩在制造過(guò)程的冶煉中采用工業(yè)純鐵為原料，加入鉻鐵、鑰鐵、鎳板等合金化，一般采用(I)非真空感應(yīng)爐冶煉；⑵電弧爐+爐外精煉(LF) +真空精煉等工藝方法生產(chǎn)高含鎳量鋼種1625Ni20Si2、20X25H20C2、X15CrNiSi25_21等，其含鎳量達(dá)18-22%。這些合金的生產(chǎn)和使用無(wú)疑會(huì)消耗大量?jī)r(jià)格昂貴的鎳，不僅會(huì)增加生產(chǎn)成本，也與“節(jié)能減排”的大趨勢(shì)相悖。采用現(xiàn)有技術(shù)，不僅消耗大量稀缺鎳資源，高溫持久強(qiáng)度、抗高溫氧化能力和耐介質(zhì)腐蝕性能大大降低。綜上，高鎳合金的應(yīng)用，特別是未來(lái)的應(yīng)用必然會(huì)受到嚴(yán)格的限制。而如果選用鎳含量降低價(jià)格相對(duì)便宜的合金又難以滿足更高溫度、更高應(yīng)力和更苛刻的使用條件。為了滿足合金在更苛刻的條件下的要求，保證或者大幅提高使用壽命，同時(shí)又可降低合金的生產(chǎn)成本，可以替代高鎳鋼種的研究與開(kāi)發(fā)越來(lái)越重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種產(chǎn)品質(zhì)量好，不僅節(jié)約大量稀缺鎳資源，而且高溫持久強(qiáng)度、抗高溫氧化能力和耐介質(zhì)腐蝕能力優(yōu)良新型奧氏體節(jié)鎳耐熱鋼板的制造方法。針對(duì)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是通過(guò)對(duì)鋼種成分組成的設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)制造方法以及在制造過(guò)程中工藝參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，提出了一種節(jié)鎳型奧氏體耐熱不銹鋼的制造方法。本發(fā)明的一方面提供一種奧氏體節(jié)鎳耐熱鋼板，所述鋼板的組成以重量百分比為碳彡O. 15%、硅I. O 3. 50%、錳彡2. 0%、硫彡O. 030%、磷彡O. 040%、鉻23. O 26. 0%、鑰O. 5 I. 2%、鎳12. O 15. 0%、氮O. 10 O. 35%，余量為鐵。鋼板的組成還包括重量百分比為O. 01 O. 07%的鋁和O. 01 O. 04%的銅。所述鋼板的屈服強(qiáng)度為400-430Mpa，抗拉強(qiáng)度 800_830Mpa。本發(fā)明的另一方面提供一種奧氏體節(jié)鎳耐熱鋼板的制造方法，所述方法包括以下工藝步驟a、合金冶煉，采用非真空感應(yīng)爐或電弧爐+爐外精煉+真空精煉中的其中一種，以返回鋼、純鐵及符合耐熱鋼板組成的合金、金屬為原料進(jìn)行冶煉；出鋼溫度控制在1540 15600C ;出鋼后澆注成合金鋼錠；合金鋼錠的組成以重量百分比為碳< O. 15%、硅I. O 3. 50%、錳≤2. 0%、硫≤ O. 030%、磷≤O. 040%、鉻 23. O 26. 0%、鑰 O. 5 I. 2%、鎳12. O 15. 0%、氮O. 10 O. 35%，余量為鐵；b、鍛造熱加工，將上述合金鋼錠緩慢加熱鍛造熱加工為鋼坯，鍛造加熱溫度1220 1270°C ;保溫時(shí)間5 10小時(shí)；開(kāi)鍛溫度≥1100°C，終鍛≥850°C ;將鍛造后的鋼坯表面全面磨光，清理缺陷，切頭尾；C、軋制熱加工，將上述鋼坯緩慢加熱后進(jìn)行軋制熱加工，軋制加熱溫度1200 12500C ;保溫時(shí)間3 15小時(shí)；開(kāi)軋溫度彡1100°C、終軋彡900°C ;軋制成板材；d、固溶及表面處理板材經(jīng)1080-1140°C固溶后，保溫時(shí)間按厚度方向l_2min/nun ;冷卻方式水冷或油冷；冷卻時(shí)間> 30min ;清理缺陷；切頭尾即為成品鋼板。步驟a中以返回鋼、純鐵及符合耐熱鋼板組成的合金、金屬原料優(yōu)選采用以重量百分比計(jì)c ( O. 05%, S 彡 O. 005%, P ( O. 010%, Ti ( O. 05%, N ( 50ppm, O ( 40ppm,Sn ^ O. 015 %, Pb ^ O. 01 %, Cu ^ O. 08 %,余量為鐵的原料；再按成份設(shè)計(jì)加入l#Ni、V_Cr、N-Cr, J-Mn, Fe_Mo、硅鐵、J-Al、Si-Ca 進(jìn)行合金化冶煉。步驟c的軋制熱加工保溫時(shí)間優(yōu)選采用不低于5小時(shí)。非真空感應(yīng)爐可以采用電磁感應(yīng)加熱對(duì)應(yīng)的冶煉爐型；電弧爐+爐外精煉+真空精煉可以采用電弧加熱初煉，然后鋼包電弧加熱并調(diào)整成分，最后進(jìn)行真空脫碳保鉻、去氣。有所述方法制造的鋼板的屈服強(qiáng)度為400_430Mpa，抗拉強(qiáng)度800_830Mpa。在本發(fā)明的奧氏體節(jié)鎳耐熱鋼板的制造方法中的固溶處理是指熱軋后的材料經(jīng)過(guò)加熱保溫快冷處理，使得合金元素溶解到晶粒中并細(xì)化晶粒，以達(dá)到改善合金綜合性能的目的。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有下列特點(diǎn)和有益效果(I)本發(fā)明選用工業(yè)純鐵、合金和其它金屬為原料，為獲取高純凈度鋼板提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，在非真空感應(yīng)爐合金化(或電弧爐+LF+真空精煉等)合金化冶煉，加大氮含量使用，大幅度減少鎳使用量，降低了氧元素含量，獲得高純潔度鋼錠；鋼錠經(jīng)加熱溫度1220°C 1270°C、保溫時(shí)間5 10小時(shí)處理后，進(jìn)行熱加工鍛造，使合金元素分布均勻，從而減少偏析；采用本發(fā)明制得的新型奧氏體節(jié)鎳耐熱鋼板，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到技術(shù)要求，并且具有高純潔度。(2)采用本發(fā)明，獲得的新型奧氏體節(jié)鎳耐熱鋼板，偏析滿足GB1979中< I級(jí)水平，氧化物、硫化物均< 2. O級(jí)要求；達(dá)到的力學(xué)性能σ b彡490Mpa, σ s彡230Mpa,δ s 彡 35%。(3)本發(fā)明產(chǎn)品制備工藝簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)，不僅大幅度減少鎳使用量，降低生產(chǎn)成本；且提高高溫性能(高溫持久強(qiáng)度、抗高溫氧化和耐介質(zhì)腐蝕)，能夠滿足大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)急需，為我國(guó)環(huán)形退火爐升級(jí)更新提供了技術(shù)保障。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但不能理解為是對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)上述本發(fā)明的內(nèi)容對(duì)本發(fā)明作出的一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整，仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。根據(jù)本發(fā)明的奧氏體耐熱鋼板的制造方法所制造出的奧氏體節(jié)鎳耐熱鋼板，所述鋼板的組成以重量百分比為碳彡O. 15%、硅I. O 3. 50%、錳彡2. O %、硫彡O. 030%、磷(O. 040%、鉻 23. O 26. 0%、鑰 O. 5 I. 2%、鎳 12. O 15. 0%、氮 O. 10 O. 35%，余量為鐵。鋼板的組成還包括重量百分比為O. 01 O. 07%的鋁和O. 01 O. 04%的銅。所述鋼板的屈服強(qiáng)度為400-430Mpa，抗拉強(qiáng)度800_830Mpa。下面，將結(jié)合實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明。根據(jù)本發(fā)明示出的耐熱鋼板的制造方法包 括下述步驟a、合金冶煉，采用非真空感應(yīng)爐或電弧爐+爐外精煉+真空精煉中的其中一種，非真空感應(yīng)爐可以采用電磁感應(yīng)加熱對(duì)應(yīng)的冶煉爐型，電弧爐+爐外精煉+真空精煉可以采用電弧加熱初煉，然后鋼包電弧加熱并調(diào)整成分，最后進(jìn)行真空脫碳保鉻、去氣。其中，以返回鋼、純鐵及符合耐熱鋼板組成的合金、金屬為原料進(jìn)行冶煉；出鋼溫度控制在1540 15600C ;出鋼后澆注成合金鋼錠；合金鋼錠的組成以重量百分比為碳彡O. 15%、硅I. O 3. 50%、錳彡 2. 0%、硫彡 O. 030%、磷彡 O. 040%、鉻 23. O 26. 0%、鑰 O. 5 I. 2%、鎳12. O 15. O0AM O. 10 O. 35%，余量為鐵；b、鍛造熱加工，將上述合金鋼錠緩慢加熱鍛造熱加工為鋼坯，鍛造加熱溫度1220 1270°C;保溫時(shí)間5 IO小時(shí)，優(yōu)選地，保溫時(shí)間不低于5小時(shí)；開(kāi)鍛溫度彡1100°C，終鍛> 8500C ;將鍛造后的鋼坯表面全面磨光，清理缺陷，切頭尾；C、軋制熱加工，將上述鋼坯緩慢加熱后進(jìn)行軋制熱加工，軋制加熱溫度1200 12500C ;保溫時(shí)間3 15小時(shí)；開(kāi)軋溫度彡1100°C、終軋彡900°C ;軋制成板材；d、固溶及表面處理板材經(jīng)1080-1140°C固溶后，保溫時(shí)間按厚度方向l_2min/nun ;冷卻方式水冷或油冷；冷卻時(shí)間> 30min ;清理缺陷；切頭尾即為成品鋼板。在上述鋼板的組成成分中，碳是有效地賦予耐熱鋼所需的適宜的拉伸強(qiáng)度和高溫持久強(qiáng)度的組分。然而如果碳含量過(guò)高，將破壞焊接性，為此，本發(fā)明的碳含量為< O. 15%。硅有利于改善耐熱鋼的抗氧化性，但是過(guò)量硅破壞合金鋼的焊接性能，如果長(zhǎng)期暴露在高溫環(huán)境下容易形成σ相破壞合金的延展性和韌性。為此硅含量為I. O 3. 50%。錳是奧氏體穩(wěn)定元素，并增加氮在奧氏體中的溶解度，錳含量過(guò)高有損于抗氧化性，降低合金的蠕變極限。為此錳含量不超過(guò)2. O %。氮同碳一樣是形成和穩(wěn)定奧氏體的元素，作為間隙元素，具有很強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用，顯著提高耐熱鋼的高溫強(qiáng)度和抗蠕變性能。因此氮含量限定為O. 10 O. 35%。鉻能提高耐熱鋼的抗氧化性和耐蝕性，在氧化的介質(zhì)中能形成致密的含鉻氧化膜，能阻止金屬基體的繼續(xù)破壞。如果鉻含量過(guò)高則為了穩(wěn)定奧氏體并抑制脆性相的形成就需要增加鎳的含量，增加原料成本。因此鉻含量控制在23. O 26. O %。鑰具有較強(qiáng)的碳化物形成能力，使較低含碳量的合金鋼也具有較高的硬度，而且鑰能夠阻止奧氏體化的晶粒粗大。鑰可以提高淬透性，但是會(huì)引起晶間偏聚造成合金脆性，所以鑰含量控制在O. 15 I. 20%。鎳是強(qiáng)烈形成并穩(wěn)定奧氏體且擴(kuò)大奧氏體相區(qū)的元素，特定的鉻含量的情況下，增加鎳含量抑制氧化物生長(zhǎng)速度并增加形成連續(xù)氧化鉻層得趨勢(shì)。然而增加鎳的含量，會(huì)大大增加原材料成本，因此，本發(fā)明將鎳含量限制在12. O 15. 0%。既滿足鋼板的性能要求，又節(jié)約了成本。固溶處理的保溫時(shí)間根據(jù)板材厚度的不同進(jìn)行選擇，本發(fā)明的保溫時(shí)間采用按厚度方向l-2min/mm,冷卻方式為水冷或油冷,冷卻時(shí)間> 30min,然而本發(fā)明不限于此,在不脫離本領(lǐng)域技術(shù)人員的認(rèn)知范圍內(nèi)，可以根據(jù)需要進(jìn)行改變，意在使合金元素完全固溶進(jìn)合金基體中并且不會(huì)造成晶粒的過(guò)度長(zhǎng)大，獲得組織均勻并且細(xì)化的晶粒的目的，從而合金的綜合性能得到改善。在本發(fā)明中，采用非真空感應(yīng)爐或電弧爐+爐外精煉+真空精煉中的其中一種進(jìn)行冶煉，采用的非真空感應(yīng)爐是指采用電磁感應(yīng)加熱對(duì)應(yīng)的冶煉爐型，常用的種類。所述的 電弧爐+爐外精煉+真空精煉是指采用電弧加熱初煉，然后鋼包電弧加熱并調(diào)整成分，最后進(jìn)行真空脫碳保鉻、去氣。以下具體實(shí)施例中的步驟a中以返回鋼、純鐵及符合耐熱鋼板組成的合金、金屬原料優(yōu)選采用以重量百分比計(jì)C彡O. 05%，S彡O. 005%，P彡O. 010%，Ti彡O. 05%，N ( 50ppm, O ( 40ppm, Sn ( O. 015%, Pb ^ O. 01 %, Cu ^ O. 08%，余量為鐵的原料；再按成份設(shè)計(jì)加入l#Ni、V-Cr、N-Cr, J-Mn, Fe_Mo、硅鐵、J-Al、Si-Ca進(jìn)行合金化冶煉。原料含量的加入須滿足合金鋼的含量要求。實(shí)施例I實(shí)施例I的新型奧氏體節(jié)鎳耐熱鋼板的制造方法，包括下列步驟a、非真空感應(yīng)爐合金化，采用電磁感應(yīng)加熱爐進(jìn)行冶煉以返回鋼、純鐵和其它合金、金屬為原料，在非真空感應(yīng)爐冶煉成按重量百分比(％wt)見(jiàn)表I的合金，表I
~C ~Si Mn ~SCrMoNi Γ
0.08 270 Γδ 0.003 0.015 24.46 0 7 13.95 0.275其余為Fe ；出鋼溫度控制在1540°C ;出鋼后澆注成4. 9t扁鋼錠；b、鍛造熱加工將鋼錠緩慢加熱至1200°C，進(jìn)行鍛造熱加工，保溫5小時(shí)；開(kāi)鍛溫度1100°C，終鍛850°C;鋼錠經(jīng)鍛造后成為215 X 1300 X 1780 (mm)的鋼坯，將表面全面磨光，清理凈缺陷，切頭尾，送入軋制區(qū)待軋；C、軋制熱加工將上述鋼坯緩慢加熱到1200°C溫度，保溫時(shí)間3小時(shí)；在1780軋機(jī)進(jìn)行軋制熱加工、開(kāi)軋溫度1100°c、終軋90(TC，軋制成11 X 3000X 12000 (mm)板材；d、固溶及表面處理板材經(jīng)1080°C固溶后，保溫22min后，根據(jù)實(shí)際需要水冷或油冷；冷卻時(shí)間為30min ;清理缺陷；切頭尾即為成品鋼板。經(jīng)檢驗(yàn)，本實(shí)施例新型奧氏體節(jié)鎳耐熱鋼板的物理檢驗(yàn)結(jié)果如下夾雜物氧化物I.5級(jí)、硫化物O. 5級(jí)；室溫力學(xué)性能屈服強(qiáng)度424Mpa，抗拉強(qiáng)度804Mpa，伸長(zhǎng)48% ;氧含量25ppm，完全滿足實(shí)際應(yīng)用所需要。實(shí)施例2與實(shí)施例I類似，實(shí)施例2中的制造方法，包括下列步驟a、可以采用電弧加熱初煉，然后鋼包電弧加熱并調(diào)整成分，最后進(jìn)行真空脫碳保鉻、去氣。冶煉成按重量百分比Wt)見(jiàn)表2的合金，表權(quán)利要求
1.一種奧氏體節(jié)鎳耐熱鋼板，其特征在于，鋼板的組成以重量百分比計(jì)為碳(O. 15%、硅 I. O 3. 50%、錳彡 2. 0%、硫彡 O. 030%、磷彡 O. 040%、鉻 23. O 26. 0%、鑰 O. 5 I. 2% M 12. O 15. 0%、氮 O. 10 O. 35%，余量為鐵。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的奧氏體節(jié)鎳耐熱鋼板，其特征在于，鋼板的組成還包括重量百分比為O. 01 O. 07%的鋁和O. 01 O. 04%的銅。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的奧氏體節(jié)鎳耐熱鋼板，其特征在于，鋼板的屈服強(qiáng)度為400-430Mpa，抗拉強(qiáng)度為 800_830Mpa。
4.一種奧氏體節(jié)鎳耐熱鋼板的制造方法，其特征在于，包括以下工藝步驟 a、合金冶煉，以返回鋼、純鐵及符合耐熱鋼板組成的合金、金屬為原料進(jìn)行冶煉；出鋼溫度控制在1540 1560°C;出鋼后澆注成合金鋼錠；合金鋼錠的組成以重量百分比計(jì)為碳(O. 15%、硅 I. O 3. 50%、錳彡 2. 0%、硫彡 O. 030%、磷彡 O. 040%、鉻 23. O 26. 0%、鑰 O. 5 I. 2% M 12. O 15. O0AM O. 10 O. 35%，余量為鐵； b、鍛造熱加工，將上述合金鋼錠緩慢加熱，鍛造熱加工為鋼坯，鍛造加熱溫度1220 12700C ;保溫時(shí)間5 10小時(shí)；開(kāi)鍛溫度彡1100°C，終鍛彡850°C ;將鍛造后的鋼坯表面全面磨光，清理缺陷，切頭尾； C、軋制熱加工，將上述鋼坯緩慢加熱后進(jìn)行軋制熱加工，軋制加熱溫度1200 1250°C;保溫時(shí)間3 15小時(shí)；開(kāi)軋溫度彡1100°C、終軋彡9000C ;軋制成板材； d、固溶及表面處理，板材經(jīng)1080-1140°C固溶后，保溫時(shí)間為按厚度方向l-2min/mm;冷卻方式為水冷或油冷；冷卻時(shí)間> 30min ;清理缺陷，切頭尾即為成品鋼板。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制造方法，其特征在于，步驟a中以返回鋼、純鐵及符合耐熱鋼板組成的合金、金屬原料優(yōu)選采用以重量百分比計(jì)C< O. 05%，S ^ O. 005%,P 彡 O. 010 %, Ti ^ O. 05 %, N ^ 50ppm, O ( 40ppm, Sn ( O. 015 %, Pb ^ O. 01 %,Cu ( O. 08%，余量為鐵的原料；再按成份設(shè)計(jì)加入l#Ni、V-Cr, N-Cr, J-Mn, Fe_Mo、硅鐵、J-Al、Si-Ca進(jìn)行合金化冶煉。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制造方法，其特征在于，步驟c的軋制熱加工保溫時(shí)間優(yōu)選采用不低于5小時(shí)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制造方法，其特征在于，采用非真空感應(yīng)爐或電弧爐+爐外精煉+真空精煉中的其中一種進(jìn)行冶煉，所述的非真空感應(yīng)爐是指采用電磁感應(yīng)加熱對(duì)應(yīng)的冶煉爐型；所述的電弧爐+爐外精煉+真空精煉是指采用電弧加熱初煉，然后鋼包電弧加熱并調(diào)整成分，最后進(jìn)行真空脫碳保鉻、去氣。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制造方法，其特征在于，鋼板的屈服強(qiáng)度為400-430Mpa，抗拉強(qiáng)度 800-830Mpa。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述固溶處理是指熱軋后的材料經(jīng)過(guò)加熱保溫快冷處理，使得合金元素溶解到晶粒中并細(xì)化晶粒，以達(dá)到改善合金綜合性能的目的。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種新型奧氏體節(jié)鎳耐熱鋼板及其制造方法，該方法的特點(diǎn)在于，經(jīng)過(guò)對(duì)耐熱鋼板的冶煉、鍛造、軋制以及固溶處理及表面處理等工藝步驟，制造了重量百分比含量為碳≤0.15％、硅1.0～3.50％、錳≤2.0％、硫≤0.030％、磷≤0.040％、鉻23.0～26.0％、鉬0.5～1.2％、鎳12.0～15.0％、氮0.10～0.35％，余量為鐵的新型奧氏體節(jié)鎳耐熱鋼板。使用該方法制造的耐熱鋼板節(jié)約鎳資源，且高溫持久強(qiáng)度、抗高溫氧化能力和耐介質(zhì)腐蝕能力得到提高。
文檔編號(hào)C22C38/58GK102888568SQ201210339620
公開(kāi)日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2012年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月14日
發(fā)明者郭曉軍, 王利偉, 林華, 彭聲通, 周茂華 申請(qǐng)人:攀鋼集團(tuán)江油長(zhǎng)城特殊鋼有限公司