專利名稱：Fe-Cr-Co-W-Mo馬氏體耐熱鋼及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明屬于耐熱合金技術領域，提供了一種在高溫燃氣和蒸汽腐蝕環(huán)境中具有優(yōu)異高溫強度和抗氧化性能的Fe-Cr-Co-W-Mo馬氏體耐熱鋼。
背景技術：
多年來，冶金和電力行業(yè)一直致力于新型耐熱鋼的研究開發(fā)，其中Cr含量為9wt°/Tl2wt%的馬氏體耐熱鋼因具有良好的高溫抗螺變斷裂能力、抗高溫氧化性、抗腐蝕能力以及低的熱膨脹系數(shù)、高的熱導率和相對較低的成本等，填補了低合金鋼和奧氏體鋼的空白，而成為耐熱鋼領域的一個重要研發(fā)對象。9被% 12被％馬氏體耐熱鋼的發(fā)展主要沿著以下兩個方向，一是將耐熱合金元素Cr的含量逐漸從9wt%提高到13wt%以保證材料高溫強度的進一步提聞，同時提聞材料的抗氧化性；~■是添加V、Nb、W、Mo、Co等合金兀素，以提高鋼的高溫性能，同時提高基體組織以及第二相的穩(wěn)定性。 常見的9wt% 12wt%Cr馬氏體耐熱鋼有ASME T/P92 (化學成分以重量百分比wt% 計為 CO. 07 O. 13，Si ( O. 50，Mn O. 30 0· 60，P 彡 O. 02，S 彡 O. 01，Cr 8. 50 9· 50，MoO. 30^0. 60, V O. 15 O. 25，Nb O. 04 O. 09，N O. 030^0. 070, Ni ( O. 40, Al ( O. 040, BO. ΟΟΓΟ. 006, W I. 50 2. 00，F(xiàn)e余量)和ASME Τ/Ρ122 (化學成分以重量百分比wt%計為C
O.07 O. 14，Si ( O. 50，Mn ( O. 70，P 彡 O. 02，S 彡 O. 01，Cr 10. 00 12· 50，Mo O. 25 O. 60，V
0.15 O. 30，Nb O. 04 O. 10，N O. 04 O. 10，Ni ( O. 50, Al ( O. 04, B O. 0005 O. 005，W
1.50^2. 50, Cu O. 30 1. 70，F(xiàn)e余量)等，其中T/P92主要應用于625°C以下的高溫環(huán)境，而T/P122雖然能滿足650°C下抗氧化性要求，但由于T/P122鋼中鐵素體形成元素含量高，鋼的基體組織中易含有部分δ鐵素體，影響了 Τ/Ρ122鋼的性能和高溫組織穩(wěn)定性。因此，研發(fā)具有優(yōu)異高溫強度、優(yōu)越的抗氧化性能和抗腐蝕性能的新型9Wt9Tl2Wt%Cr鋼是極其必要的。V耐熱鋼中常見的合金元素有C、Cr、Mo、W、Si、Mn、Ni、Co、Cu、Fe、Nb、V、Al、Ti、B、N
等。其中Cr是典型的鐵素體形成元素，是耐熱鋼中抗高溫氧化和抗高溫腐蝕的主要元素；W、Mo也是鐵素體形成元素，一般認為，高鉻馬氏體耐熱鋼中添加W能提高其蠕變強度，而Mo能夠增加鋼的淬透性、降低鋼的熱脆傾向。Co是一種奧氏體形成元素，該元素加入到耐熱鋼中，抑制了 δ鐵素體的形成，提高合金的高溫強度和耐高溫腐蝕性能，但是前期對該方面研究重視不夠,還沒有關于Fe-Cr-Co-W-Mo耐熱鋼方面研究的報道。此外，Co加入到耐熱鋼中，打破了傳統(tǒng)耐熱鋼Τ/Ρ92和Τ/Ρ122的相平衡規(guī)律，必須重新調整耐熱鋼中Cr、W和Mo等元素的比例?；谏鲜銮闆r，我們對Cr含量超過llwt%的耐熱鋼進行了系統(tǒng)研究，發(fā)明了一種Fe-Cr-Co-W-Mo馬氏體耐熱鋼及其制造方法。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于通過提高Cr元素的含量，加入一定的Co并調整W和Mo等元素的含量，獲得了一種高溫強度和抗高溫氧化性能等均十分優(yōu)異的Fe-Cr-Co-W-Mo馬氏體耐熱鋼。為達到上述目的，本發(fā)明中的Fe-Cr-Co-W-Mo馬氏體耐熱鋼主要由C、Cr、Co、W、Mo、V、Nb、Cu、Si、Mn、N、Fe元素組成，其化學成分以重量百分比(wt%)計為C O. 08 O. 12, Cr
11.0^16. O, Co 3. 5^10. O, W 2. 0 5· 5，Mo O. 3 I. 5，V O. Γθ. 5, Nb O. 03 O. 15，Cu
O.5 I. 5，Si ( I. O, Mn彡I. O, N O. 04 O. 06，B O. 002 O. 004，余量為Fe和不可避免的雜質。本發(fā)明中的Fe-Cr-Co-W-Mo馬氏體耐熱鋼的制造方法如下將原料按照配比加入真空感應熔煉爐中，將其冶煉成鋼水并澆鑄成錠；將所得鋼錠鍛造成方坯，之后在1150°C開坯，去氧化層，去冒口，熱鍛成截面尺寸為60 X IOOmm的方坯，終鍛溫度彡950°C ;將所得方坯加熱到1150°C開軋，進行多道次熱軋，厚度尺寸按照從60mm到45mm，到30mm，到22mm，最后軋制成15_的板材，終軋溫度須大于950°C以防止材料開裂。將鋼板進行熱處理，熱處理制度為將終軋板材加熱到1030°C 1070°C，保溫3(Γ60分鐘后空冷或者油冷，然后加熱到750°C 790°C，保溫I. 5^3小時后，空冷至室溫。本發(fā)明的效果是由于Cr含量的增加，其抗氧化性和耐腐蝕性顯著提高；同時由于W含量的增加，馬氏體耐熱鋼的高溫蠕變強度也有所提高；此外由于增加了一定含量的Co，而Co為奧氏體元素，能中和因鐵素體元素增加而易形成δ -鐵素體的傾向，從而進一步提高其高溫強度和抗蠕變性能。另外W、Co具有固溶強化等作用，能提高鋼的熱強性。


圖I本發(fā)明實施例2-1中耐熱鋼室溫拉伸狀態(tài)下的真應力應變曲線。圖2本發(fā)明實施例2-1中耐熱鋼650°C空氣氣氛中的氧化動力學曲線。圖3本發(fā)明實施例2-1中耐熱鋼1050°C正火、780°C回火后的組織形貌。圖4本發(fā)明實施例2-1中耐熱鋼室溫拉伸斷口形貌。 圖5本發(fā)明實施例2-1中耐熱鋼在650°C空氣氣氛中氧化IOOOh后的氧化膜表面形貌
具體實施例方式以下通過具體實施例對本發(fā)明進行較為詳細的說明，但這些實施例僅為示例性的，對本發(fā)明不構成任何限制。取所需原料，在真空熔煉爐中熔煉，調節(jié)各元素的含量使其重量百分比如表1，并控制雜質元素的含量盡量低。表I本發(fā)明實施例的化學成分/wt%
C CV~CoWV NbQl SiN B實施例 I 0.110 13.0 3.5 2.22 0.55 0.25 0.03 0.78 0.35 0.45 0.048 0.0025 余量實施例 2 0.097 12.5 5.3 2.28 0.56 0.22 0.04 0.67 0.40 0.30 0,043 0,0028 余量實施例 3 0.090 13,5 6.5 3.18 0.56 I)’3 0.05 0.83 0.45 0.40 0,051 0,0022 余量實施例1 3的制造工藝及相應hMlW的力學性能見表2。
表2本發(fā)明實施例的制造工藝
權利要求
1.一種Fe-Cr-Co-W-Mo馬氏體耐熱鋼，其特征是化學成分以重量百分比計為CO. 08 O. 12，Cr 11. 0^16. O, Co 3. 5 10. 0，W 2. 0 5· 5，Mo O. 3 I. 5，V O. Γθ. 5, NbO.03 O. 15，Cu O. 5 I. 5，Si ( I. O, Mn ^ I. O, N O. 04 O. 06，B O. 002 O. 004，余量為Fe和不可避免的雜質。
2.根據(jù)權利要求I所述的Fe-Cr-Co-W-Mo馬氏體耐熱鋼的制造方法，其特征是制造工藝包括如下步驟將原料按設計好的成分配比加入真空感應熔煉爐中，將其冶煉成鋼水并澆鑄成錠，所得鋼錠在1150°C開坯，去氧化層，去冒口，熱鍛成截面尺寸為60 X 100 (mm)的方坯，終鍛溫度彡950°C ;所得方坯加熱至1150°C開軋，熱軋厚度尺寸按照從60 mm至Ij 45 mm,到30 mm，到22mm，終軋溫度彡950°C ;軋制后進行熱處理，其熱處理工藝如下步驟750°C退火保溫lh，爐冷；1030°C 1070°C正火保溫30mirT60min，空冷或者油冷；7500C 790°C回火保溫I. 5h 3h，空冷。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種Fe-Cr-Co-W-Mo馬氏體耐熱鋼的制造方法，其特征在于耐熱鋼的化學成分以重量百分比計為C O. 110, Cr 13. O, Co 3.5，W 2.22，Mo O. 55,VO. 25，Nb O. 03，Cu O. 78，Si O. 35，Mn O. 45，N O. 048，B O. 0025，余量為 Fe 和不可避免的雜質；其熱處理工藝參數(shù)為正火溫度為1060°C，正火時間為50min，回火溫度為780°C，回火時間為3h ;或者正火溫度為1070°C，正火時間為30min，回火溫度為770°C，回火時間為3h。
4.根據(jù)權利要求2所述的一種Fe-Cr-Co-W-Mo馬氏體耐熱鋼的制造方法，其特征在于耐熱鋼的化學成分以重量百分比計為C O. 097, Cr 12.5，Co 5.3，W 2.28，Mo O. 56,VO. 22，Nb O. 04，Cu O. 67，Si O. 40，Mn O. 30，N O. 043，B O. 0028，余量為 Fe 和不可避免的雜質；其熱處理工藝參數(shù)為正火溫度為1050°C，正火時間為50min，回火溫度為780°C，回火時間為3h ;或者正火溫度為1060°C，正火時間為30min，回火溫度為790°C，回火時間為2. 5h。
5.根據(jù)權利要求2所述的一種Fe-Cr-Co-W-Mo馬氏體耐熱鋼的制造方法，其特征在于耐熱鋼的化學成分以重量百分比計為C O. 090, Cr 13.5，Co 6.5，W 3.18，Mo O. 56,VO. 23, Nb O. 05, Cu O. 83, Si O. 45, Mn O. 40, N O. 051, B O. 0022,余量為 Fe 和不可避免的雜質；其熱處理工藝參數(shù)為正火溫度為1050°C，正火時間為30min，回火溫度為790°C，回火時間為3h ;或者正火溫度為1040°C，正火時間為50min，回火溫度為780°C，回火時間為3. 5h。
全文摘要
Fe-Cr-Co-W-Mo馬氏體耐熱鋼及其制造方法，其化學組成以重量百分比為C0.08~0.12,Cr11.0~16.0,Co3.5~10.0,W2.0~5.5,Mo0.3~1.5,V0.1~0.5,Nb0.03~0.15,Cu0.5~1.5,Si≤1.0,Mn≤1.0,N0.04~0.06,B0.002~0.004,余量為Fe和不可避免的雜質。工藝參數(shù)為鋼錠開坯溫度1150℃，終鍛溫度≥950℃，開軋溫度1150℃，終軋溫度≥950℃，正火溫度750℃~790℃。本發(fā)明優(yōu)點在于在高溫燃氣和蒸汽腐蝕環(huán)境中具有優(yōu)異的高溫強度和抗氧化性能。
文檔編號C22C38/32GK102864379SQ20121037821
公開日2013年1月9日 申請日期2012年10月8日 優(yōu)先權日2012年10月8日
發(fā)明者惠希東, 王樹申, 常麗 申請人:北京科技大學