專利名稱：奧氏體高溫抗?jié)B碳鋼的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于合金鋼領域。主要適用于高溫熱腐蝕環(huán)境下，特別是在惡劣的滲碳環(huán)境下，被用作結構件用鋼。
在化工工業(yè)中，輻射段爐管等部件是乙烯裂解爐中的關鍵部件，它長期處于高溫(1000℃～1150℃)和較強的滲碳環(huán)境中，并且還要承受一定的壓力。在現(xiàn)有技術中使用在這個領域中的一般為HP類型的材料。例如用作輻射爐管和有關部件的有Cr25Ni35Si及Cr25Ni35WNb等鋼種，由這些材料所制作成的輻射爐管等，在乙烯裂解爐中使用一段時間后發(fā)現(xiàn)，其材質(zhì)性能明顯下降。原因就在于HP類型材料被使用在這領域中材料本身存在有滲碳現(xiàn)象嚴重，和被制作部件的使用壽命明顯降低等缺陷。因此作為高溫抗?jié)B碳材料，HP類型材料被使用在這個領域中，是不能完全滿足設備整體的設計和使用的要求。且最高設計使用溫度不能超過1100℃。
本發(fā)明的目的是提出一種具有好的高溫抗?jié)B碳性能以及良好的高溫強度的奧氏體高溫抗?jié)B碳鋼。
根據(jù)本發(fā)明的目的，我們所提出的奧氏體高溫抗?jié)B碳鋼的具體成份設計是(重量%)C0.3-0.6%，Si0.8-2.0%，Mn≤2.5%，Cr29-38%，Ni39-48%，Nb0.5-2.5%，Al0.05-1.0%，Ti0.05-1.0%，Zr0.001-0.2%，Mo≤0.5%，Ce0.001-0.2%，Mg0.0005-0.01%，其余為Fe。
為了克服現(xiàn)有技術中的不足，使本發(fā)明的奧氏體高溫抗?jié)B碳鋼的抗?jié)B碳性能，抗高溫腐蝕性能以及高溫強度等綜合性能得到提高，因此在本發(fā)明鋼的成份設計中，對作為基礎成份的鉻、鎳含量均有所提高。在本發(fā)明鋼中鉻含量應在29～38%范圍內(nèi)，其目的是保證鋼1100-1200℃時，應具有較好抗高溫氧化性、抗高溫熱腐蝕性(抗?jié)B碳、抗硫和燃燒灰腐蝕)的能力。鎳含量應控制在39-48%范圍內(nèi)，其理由是提高鋼的抗?jié)B碳性能并能夠獲得穩(wěn)定的奧氏體組織，保持鋼有基本的高溫強度。碳含量為0.3-0.6%范圍內(nèi)，這能夠保證鋼的高溫強度，改善鋼的鑄造工藝性能和滿足生產(chǎn)工藝的要求。在本發(fā)明鋼中加入其它元素所起到的作用還有，在鋼中加入Nb，可以形成Nb的碳化物，達到提高鋼的高溫強度效果。加入一定量的Ti，可以形成Nb和Ti的復合碳化物，起到提高碳化物的穩(wěn)定性效果，促使高溫強度進一步得到改善。鋼中加入較高含量的硅，可以提高鋼的高溫抗?jié)B碳性能，同時有利于提高鋼的高溫抗氧化性能，并改善鋼的流動性。另外在鋼中加入少量的鋁，特別是在與鈰和硅的復合作用下，對提高鋼的高溫抗?jié)B碳性能和抗氧化性能都是非常有利的。但是Si、Al的含量必須要限量控制，因為過多的Si、Al含量會給鋼的機械性能帶來不良影響。再有鋼中加入Zr、Ce、Mg等微量元素的綜合作用，是再于細化鋼的晶粒度，改善鋼的塑性，和凈化晶界，進而強化晶界。通過這些多元微量元素的復合合金化，可以進一步提高了本發(fā)明鋼的抗?jié)B碳性能和高溫蠕變強度。
本發(fā)明奧氏體高溫抗?jié)B碳鋼可以采用電弧爐和中頻感應爐進行冶煉，經(jīng)冶煉后可采用鑄造方法生產(chǎn)，鑄造成不同規(guī)格的離心鑄管及各種靜態(tài)鑄件。
本發(fā)明奧氏體高溫抗?jié)B碳鋼與現(xiàn)有技術相比較具有以下特點。由于本發(fā)明鋼適當?shù)奶岣咪撝械你t鎳含量，因此本發(fā)明鋼比HP類形鋼具有更高的高溫抗?jié)B碳性和抗高溫氣體腐蝕性能，而且能夠獲得穩(wěn)定的奧氏體組織，因而又具有較高的高溫強度。在本發(fā)明鋼中適量的加入一些微量元素，不僅提高了該鋼種的組織穩(wěn)定性，而且明顯的改善了該鋼種的力學性能。本發(fā)明鋼與現(xiàn)有技術的HP類型鋼相比較在高溫抗?jié)B碳方面明顯優(yōu)于HP+W+Nb鋼種，其試驗對比結果見附圖
。在附圖中1.曲線代表HP類型鋼。2曲線代表本發(fā)明鋼?？v座標是碳濃度含量(%)。橫座標是碳滲層深度(mm)。滲碳溫度為1100℃試驗時間為150小時。
實施例按照本發(fā)明奧氏體高溫抗?jié)B碳鋼的成份范圍，我們采用中頻感應爐共冶煉了三爐鋼。為了便于對比同時又冶煉了一爐HP+W+Nb鋼。每爐鋼的具體化學成份含量見表1。表1是本發(fā)明鋼與現(xiàn)有技術鋼的化學成份含量對比在表1中序號1.2.3為本發(fā)明鋼的具體化學成份。HP+W+Nb為現(xiàn)有技術鋼種。經(jīng)冶煉后的各爐鋼均澆鑄成離心鑄管，并進行了高溫抗?jié)B碳試驗和力學性能試驗。高溫抗?jié)B碳試驗結果見附圖，各試驗參數(shù)已在說明書中敘述過。表2為本發(fā)明實施例在室溫性能及對比結果，由對比結果表明本發(fā)明鋼具有較高的室溫塑性。表3為本發(fā)明實施例的高溫持久斷裂試驗對比結果。試驗是在1100℃高溫下進行的持久強度試驗，試驗應力為σ＝13MPa。由表3對比結果可看出本發(fā)明鋼比對比鋼號HP+W+Nb具有更高的高溫強度。
表2 本發(fā)明實施例室溫性能及對比結果
表3 本發(fā)明鋼高溫持久斷裂試驗對比結果
權利要求
1.一種奧氏體高溫抗?jié)B碳鋼，其特征在于該鋼的具體化學成份范圍是(重量%)C 0.3-0.6%，Si 0.8-2.0%，Mn≤2.5%，Cr29-38%，Ni 39-48%，Nb 0.5-2.5%，Al 0.05-1.0%，Ti 0.05-1.0%，Zr 0.001-0.2%，Mo≤0.5%，Ce 0.001-0.2%，Mg0.0005-0.01%，其余為Fe。
全文摘要
本發(fā)明屬于合金鋼領域，主要使用于在高溫熱腐蝕環(huán)境下特別是在惡劣的滲碳環(huán)境下作為結構件用鋼。在本發(fā)明鋼中適當?shù)奶岣逤r、Ni含量，使鋼具有更高的抗高溫氧化性和熱腐蝕性，并通過對微量元素復合合金化，使本發(fā)明鋼的組織穩(wěn)定，綜合性能得到改善。該鋼與現(xiàn)有技術HP類型鋼相比較不僅在高溫抗?jié)B碳方面明顯優(yōu)于現(xiàn)有技術鋼種，而且在高溫強度方面也有顯著提高。
文檔編號C22C38/58GK1095424SQ9410282
公開日1994年11月23日 申請日期1994年3月23日 優(yōu)先權日1994年3月23日
發(fā)明者胥繼華, 宋文蕓, 張同達, 張惠斌, 韓萬學, 黃衛(wèi) 申請人:冶金工業(yè)部鋼鐵研究總院, 煙臺合金爐管研究所, 大慶石油化工總廠