一种低合金耐热高强钢及其构件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种钢铁材料及其构件，尤其是一种低合金耐热高强钢及其构件。
【背景技术】
[0002] 高温条件下（通常指材料烙点的0. 3~0. 5倍W上的温度），具有抗氧化性和足够 高温强度W及良好的耐热性能的钢称为耐热钢，而耐热钢中最具代表性的一类是低合金耐 热高强钢，例如我国的15CrMo即是一种典型的低合金耐热高强钢，15CrMo因其良好的耐热 性能、力学性能、耐腐蚀性能而被广泛使用于锅炉、石油化工、煤转化、汽机轮缸体、火电、核 电等使用条件苛刻、腐蚀介质复杂的大型设备的管道、容器、零部件等。
[0003] 一般的 15CrMo 化学成分（质量分数）（％ )为；C 0. 12 ~0. 18，Mn 0. 40 ~0. 70， Si 0. 17 ~0. 37, Cr 0. 80 ~1. 10, Mo 0. 40 ~0. 55, Ni《0. 30, S《0. 035, P《0. 035。 150^0的力学性能；拉力强度为440~6401?4，屈服点约2351?3，伸长率21%左右。
[0004] 然而随着现代工业的飞速发展，15CrMo耐热高强钢已经越来越难W满足工业设备 在强初性、蠕变性、焊接性等方面更高的要求，优化合金成分、调整冶炼、社制等生产工程中 的工艺参数日益成为人们对于改善15CrMo钢所关注的焦点。同时，由于要获得需要的优异 的耐磨性和耐疲劳性等，还需要对其进行渗碳浑火等热处理，而该往往使得产品产生一定 的形变而影响产品的尺寸精度。
[0005] 专利201110392208. 9中公开了一种低合金耐热高强钢构件的制备，W重量百分 比计，包含 W下组分；C 0. 09 ~0. 11，Si 0. 06 ~0. 2, Mn 0. 06 ~0. 35, Cr 1. 3 ~1. 5, Mo 0. 35 ~0. 45, P《0. 009, S《0. 006, Ni 0. 2 ~0. 4, Cu 0. 01 ~0. 08, V 0. 3 ~0. 4,佩 0. 1~0. 2, W 0. 2~0. 5, Ti 0. 005~0. 02,余量为化和不可避免的杂质。该构件的室温 抗拉强度为eiOMPa，在60(TC下、200MI^a应力测试下其有效寿命约为15CrMo的两倍，热处理 后的表面硬度约为750HV，并且硬度超过500HV的硬化层厚度为0. 5mm，变形量小，都超过了 一般的15CrMo。但是其中金属含量较高，并不能适用于一些特殊的生产需求，且包含的金属 种类多，生产成本较高，可能产生的杂质成分也较复杂。
【发明内容】
[0006] 针对上述问题，本发明的目的即在于优化设计15CrMo钢的成分，W及调整冶炼、 社制、热处理等的工艺参数，从而制备得到一种强初性、耐蚀性、焊接性优异且热处理后变 形小的新型低合金耐热高强钢及其构件产品。
[0007] 本发明所采用的技术方案如下：
[0008] -种低合金耐热高强钢，W重量百分比计，包含W下组分；C 0.09~0. 11，Si 0. 38 ~0. 44, Mn 0. 42 ~0. 52, Cr 1. 55 ~1. 70, Mo 0. 12 ~0. 30, Ni 0. 05 ~0. 15,佩 0. 05~0. 08, Pd 0. 15~0. 35, P《0. 015, S《0. 015,余量为化和不可避免的杂质。
[0009] 与现有技术相比，尤其与专利201110392208. 9相比，本发明提高了 Mn和&的含 量，添加了现有技术中15CrMo钢从未添加过的Pd,降低了 Mo、Ni、Nb的含量，同时省略了 Ti、V、WuXu等金属元素，本发明的低合金耐热高强钢进一步提高了室温抗拉强度、屈服点， 耐热性和耐蚀性都得到了提高，同时减少了合金的种类，是杂质成分更简单、易控制。
[0010] 优选的，发明人在研究中发现当Si与Mn含量接近1: 1，且（Mo+Ni+Nb+Pd)总含量 与Si含量接近1:1时，制得的低合金耐热高强钢性能最优。
[0011] 因此，作为优选的，本发明提供了一种低合金耐热高强钢，W重量百分比计，包 含 W下组分；C 0. 1，Si 0. 42, Mn 0. 42, Cr 1. 6, Mo 0. 12, Ni 0. 05,佩 0. 05, Pd 0. 20, P 0. 005, S 0. 005,余量为化和不可避免的杂质。
[0012] 本发明还提供了所述低合金耐热高强钢及其构件的制备方法，其包括如下步骤：
[0013] (1)设计所述低合金耐热高强钢的成分；
[0014] (2)冶炼德注，包括电弧炉初炼，钢包RH处理和LF处理，控制钢液符合化学成分要 求后德注，其中钢包精炼时W 3atm W上的压力进行吹氮至少5分钟，W有利于杂质的上浮 去除；
[00巧]做社制，包括均热处理，社制和冷却，其中均热处理是在约1100~115(TC的加热 炉中均热约4~6小时，社制的开社温度约为1000~llOOC、终社温度约为840~88(TC， 冷却速度约为5~1(TC /s、终冷温度约为650~68(TC ;
[0016] (4)构件的加工，将社制后的低合金耐热高强钢加工成需要的尺寸和形状，制备得 到构件；
[0017] (5)构件的热处理，将构件W竖直的状态放入渗碳处理炉后，加热到约870~ 90(TC，并W约80~100滴/分钟的速度滴入甲醇，同时通过控制丙焼的流量维持炉内碳势 在约0. 8~0. 9%，进行扩散渗碳处理约2~2. 5小时，随后将构件预冷到约750~78(TC 同时降低炉内碳势至约0. 7~0. 75%并保温约5~10分钟，然后将构件从渗碳炉中取出 并在油温为约120~14(TC的冷却油中直接浑火，浑火后再进行回火，回火温度约为160~ 18(TC，回火时间约为1~1. 5小时。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合实施例对本发明作进一步描述。
[001引 实施例1
[0020] -种低合金耐热高强钢及其构件，其是通过W下步骤制备得到的，
[002。 （1)设计所述低合金耐热高强钢的成分，W重量百分含量计（％ )，包含；C 0. l，Si 0. 42, Mn 0. 42, Cr 1. 6, Mo 0. 12, Ni 0. 05,佩 0. 05, Pd 0. 20, P 0. 005, S 0. 005,余量为化 和不可避免的杂质；
[0022] (2)冶炼德注，包括电弧炉初炼，钢包RH处理和LF处理，控制钢液符合化学成分要 求后德注，其中钢包精炼时W 5atm的压力进行吹氮5分钟，W有利于杂质的上浮去除；
[002引 做社制，包括均热处理，社制和冷却，其中均热处理是在113(TC的加热炉中均热 至少5小时，社制的开社温度为105(TC、终社温度为86(TC，冷却速度为8°C /s、终冷温度为 670 °C ；
[0024] (4)构件的加工，将社制后的低合金耐热高强钢加工成需要的尺寸和形状，制备得 到构件；
[002引 妨构件的热处理，将构件W竖直的状态放入渗碳处理炉后，该里的竖直状态是指 W构件H维最长的一维尽量保持铅直为准，加热到89(TC，并W 90滴/分钟的速度滴入甲 醇，同时通过控制丙焼的