一種新型Fe-Cr-Ni-Cu-N合金及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種新型Fe-Cr-Ni-Cu-N合金，以質(zhì)量百分比計，含有C≤0.05％，Mn≤1％，Ni：8.5～10.5％，Cr：17.5～19.5％，Nb：0.30～0.50％，Cu：2.5～3.5％，N≤0.2％，Ti≤0.1％，B：0.006～0.01％，Si≤0.3％，S≤0.01％，P≤0.04％，余量為Fe。本發(fā)明的新型Fe-Cr-Ni-Cu-N合金具有優(yōu)異的高溫拉伸強度、持久蠕變性能和高溫抗氧化性，明顯優(yōu)于Super304H奧氏體不銹鋼，可以廣泛應(yīng)用于電站發(fā)電機組和其他工業(yè)領(lǐng)域。
【專利說明】一種新型Fe-Cr-Ni-Cu-N合金及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于冶金領(lǐng)域，尤其是一種新型Fe-Cr-Ni-Cu-N合金及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前我國致力于發(fā)展大容量、高參數(shù)的發(fā)電機組，對所用鋼材的高溫拉伸強度、持 久蠕變性能和高溫抗氧化性能提出了極高的要求。Super304H合金（成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為C 為 0? 07%?0? 13%，Si 彡 0? 3%，Mn 彡 0? 5%，，Crl7. 0%?19. 0%，Ni7. 5%?10. 5%， 〇12.5%?3.5%，恥0.3%?0.6%，冊.05%?0.12%?彡 0.045%，5彡0.03%其余為卩6) 是由日本住友鋼鐵公司開發(fā)的一種奧氏體不銹鋼材料，具有較高的高溫拉伸強度（600°C， 約為432MPa)、持久蠕變性能（600°C、100000小時的持久極限強度約為220MPa)和高溫抗氧 化性（700°C、100小時的氧化增重約為0. 04mg/cm2)，但是仍難以滿足電站機組高參數(shù)對鋼 材高溫拉伸強度、持久蠕變性能和高溫抗氧化性的要求，并且國內(nèi)幾乎都不能生產(chǎn)，基本上 都依賴進(jìn)口。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對現(xiàn)有技術(shù)中存在不足，本發(fā)明提供了一種電站用新型Fe-Cr-Ni-Cu-N合金， 該合金與Super304H相比，在高溫拉伸強度、持久懦變性能和高溫抗氧化性能方面體現(xiàn)出 明顯的優(yōu)勢。
[0004] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)手段實現(xiàn)上述技術(shù)目的的。
[0005] 一種新型Fe-Cr-Ni-Cu-N合金，以質(zhì)量百分比計，含有C彡0.05%，Mn彡1%， Ni :8. 5 ?10. 5%，Cr :17. 5 ?19. 5%，Nb :0? 30 ?0? 50%，Cu :2. 5 ?3. 5%，N 彡 0? 2%， Ti 彡 0? 1%，B :0? 006 ?0? 01%，Si 彡 0? 3%，S 彡 0? 01%，P 彡 0? 04%，余量為 Fe。
[0006] 進(jìn)一步地，以質(zhì)量百分比計，含有C彡0? 03%，Mn彡0? 6%，Ni :9. 0?10. 0%，Cr : 17. 5 ?18. 5%，Nb :0? 30 ?0? 50%，Cu :2. 5 ?3. 5%，N 彡 0? 2%，Ti 彡 0? 05%，B :0? 006 ? 0? 01%，Si 彡 0? 2%，S 彡 0? 005%，P 彡 0? 01%，余量為 Fe。
[0007] -種新型Fe-Cr-Ni-Cu-N合金的制備方法，包括以下步驟：
[0008] (1)按照各組分的配比稱取反應(yīng)物原料；
[0009] (2)將稱好的原料采用真空爐冶煉后，去除冒口及鋼錠底部，得到鑄錠；
[0010] (3)將所述鑄錠進(jìn)行鍛造處理，加熱溫度為1050?1150°C，加熱保溫時間為2? 3h，開鍛溫度為1000?1060°C，終鍛溫度在950°C以上；
[0011] ⑷對鍛造后的坯料進(jìn)行固溶處理，固溶處理條件為：在1020?1080°C進(jìn)行保溫 1?I. 5h，隨后水冷至室溫；
[0012] 進(jìn)一步地，步驟（3)中鍛造加熱溫度1100°C。
[0013] 進(jìn)一步地，所述合金用作電站發(fā)電機組傳熱管材。
[0014] 本發(fā)明的新型Fe-Cr-Ni-Cu-N合金，其各種主要成分比例選擇理由如下：
[0015] Cr :鉻是不銹鋼中最重要的元素，可以提高鋼鈍化膜的穩(wěn)定性，是決定不銹鋼耐腐 蝕性及高溫抗氧化性的重要元素。但是鉻又是強烈形成并穩(wěn)定鐵素體的元素，縮小奧氏體 相區(qū)。本發(fā)明奧氏體鋼中的鉻含量范圍既能保證鋼有良好的耐腐蝕及耐高溫氧化特性，又 能保證鋼材獲得奧氏體組織。
[0016] Ni :鎳是強烈形成并穩(wěn)定奧氏體且擴大奧氏體相區(qū)的元素。隨著奧氏體含量的增 加，剛中的殘余鐵素體含量逐漸消除，但是鎳會降低鋼的熱加工性能。本發(fā)明奧氏體鋼中的 鎳含量范圍既能保證鋼有良好的熱加工性能，又能保證鋼材獲得奧氏體組織。
[0017] Cu:銅在鉻鎳不銹鋼中能促使鋼產(chǎn)生彌散硬化組織，提高鋼的熱強性，在高溫蠕變 過程中將從基體中析出細(xì)小彌散的富銅相，提高基體的高溫蠕變能力。
[0018] N :在奧氏體不銹鋼中加入氮，可以穩(wěn)定奧氏體組織、提高強度，并且提高耐腐蝕性 能，氮的加入可以顯著提高鋼的高溫拉伸強度，部分替代貴重的鎳。
[0019] Nb:鈮能夠與不銹鋼中的碳、氮元素形成細(xì)小鈮的碳、氮化物，提高不銹鋼的高溫 拉伸性能和持久蠕變性能。
[0020] 與Super304H系列合金相比，本發(fā)明的新型Fe-Cr-Ni-Cu-N合金具有更加優(yōu)異的 高溫拉伸強度、持久蠕變性能和高溫抗氧化性。

【具體實施方式】
[0021] 下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明的保護范圍并不限于 此。
[0022] 實施例1
[0023] 本實施例的新型Fe-Cr-Ni-Cu-N合金，按質(zhì)量百分比包括如下組分：0.03% C， 0. 2% Si,0. 6% Mn,0. 004% S,0. 008% P,9. 6% Ni, 18. 5% Cr,0. 5% Nb,3. 13% Cu,0. 20% N，0.05% Ti，0.006% B，余量為鐵；（材料 I)
[0024] 所述材料的制備方法為：采用真空爐冶煉，去除冒口及鋼錠底部進(jìn)行鍛造，鍛造工 藝條件為：加熱溫度ll〇〇°C，加熱時間2h，保溫0. 5h，開鍛溫度1030°C，終鍛溫度不低于 950°C。鍛造后的材料在1060°C進(jìn)行固溶處理，保溫Ih后水冷至室溫。
[0025] 按照上述方法制備的合金具有優(yōu)異的高溫拉伸強度、持久蠕變性能和高溫抗氧化 性能，如表1所示。
[0026] 表 1
[0027]

【權(quán)利要求】
1. 一種新型Fe-Cr-Ni-Cu-N合金，其特征在于： 以質(zhì)量百分比計，含有C彡0? 05%，Mn彡l%，Ni :8. 5?10. 5%，Cr :17. 5?19. 5%， Nb :0? 30 ?0? 50 %，Cu :2. 5 ?3. 5 %，N 彡 0? 2 %，Ti 彡 0? 1 %，B :0? 006 ?0? 01 %， Si 彡 0? 3%，S 彡 0? 01%，P 彡 0? 04%，余量為 Fe。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型Fe-Cr-Ni-Cu-N合金，其特征在于： 以質(zhì)量百分比計，含有 C 彡 0? 03%，Mn 彡 0? 6%，Ni :9. 0 ?10. 0%，Cr :17. 5 ?18. 5%， Nb :0? 30 ?0? 50 %，Cu :2. 5 ?3. 5 %，N 彡 0? 2 %，Ti 彡 0? 05 %，B :0? 006 ?0? 01 %， Si 彡 0? 2%，S 彡 0? 005%，P 彡 0? 01%，余量為 Fe。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型Fe-Cr-Ni-Cu-N合金的制備方法，其特征在于： 包括以下步驟： (1) 按照各組分的配比稱取反應(yīng)物原料； (2) 將稱好的原料采用真空爐冶煉后，去除冒口及鋼錠底部，得到鑄錠； (3) 將所述鑄錠進(jìn)行鍛造處理，加熱溫度為1050?1150°C，加熱保溫時間為2?3h，開 鍛溫度為1000?1060°C，終鍛溫度在950°C以上； (4) 對鍛造后的坯料進(jìn)行固溶處理，固溶處理條件為：在1020?1080°C進(jìn)行保溫1? 1. 5h，隨后水冷至室溫。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的新型Fe-Cr-Ni-Cu-N合金的制備方法，其特征在于： 步驟（3)中鍛造加熱溫度1100°C。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型Fe-Cr-Ni-Cu-N合金用作電站發(fā)電機組傳熱管材。
【文檔編號】C22C33/04GK104451435SQ201410643060
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月13日
【發(fā)明者】程曉農(nóng), 郭順, 李冬升, 徐桂芳 申請人:江蘇大學(xué)