高铬耐热钢的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及高铬耐热钢。 发明背景
[0002] 迄今为止，己提出含有δ铁素体的几种9%Cr耐热钢作为高铬钢以改善可焊接性， 且其一些己被用于热电厂中的蒸汽接触组件。然而，由于9%Cr耐热钢的长期蠕变强度和冲 击性能极大受损，因而现在主要使用具有不含有S铁素体的马氏体微结构的9%Cr_l%Mo 钢。近年来，己大大增加蒸汽条件的温度和压力以改善热电厂中的热效率。因此，电厂的运 行条件从超临界压力变至超超临界压力。另外，设计了在更苛刻蒸汽条件下可运行的工厂。 随着蒸汽条件中这种逐渐增加的苛刻性，目前使用的9%Cr-l%Mo钢(91级钢）由于其有限 的抗氧化性和高温强度不能适应未来工厂中的锅炉管。同时，奥氏体耐热不锈钢可以是待 用于未来工厂的候选材料，但其应用受到经济效率的限制。因此，希望研发用在具有甚至更 高温度的蒸汽条件中的耐热钢。
[0003] 在这种情况下，如开-厶-1993-311342、开-厶-1993-311345和开-厶-1997-291308中 所公开的，己研发了主要改善了蠕变强度的新型高铬钢。这些钢己通过加入W作为固溶硬化 元素以及进一步地通过加入合金元素诸如Co、Ni和Cu改善了蠕变断裂强度和韧性。另外， JP-A-1988-89644公开了具有最优化的W和Nb含量以及改善的蠕变强度的钢。US-4564392描 述了其中优化了 C/N比的含Cr钢。后一个US专利文献中举例的钢含有相对大量的Mo和N。含 有12%Cr的钢被认为特别适用于在高温下和在高应力下使用。所有这些已知钢据称具有己 通过向常规耐热钢中加入合金元素诸如W和Co经固溶硬化改善了蠕变强度。然而，由于W和 Co是昂贵的元素，导致材料价格增加，从经济效应的角度，这些元素的使用受到限制。
[0004] 而且，抗蒸汽氧化性的改善是对抗高温蒸汽不可缺少的。另外，增加常规9%Cr钢 的Cr含量有效地改善了现有条件中的抗蒸汽氧化性。然而，由于增加 Cr含量导致δ铁素体的 形成，需要增加奥氏体形成元素诸如C和Ni以获得回火马氏体结构。然而，这些元素的含量 受限制，因为C和Ni含量的增加分别降低了可焊接性和长期蠕变强度。虽然存在加入Co等来 抑制S铁素体的形成的情况，但这种元素昂贵，因此导致经济效率降低。
【发明内容】
[0005] 鉴于上述情况，本发明的一个目的是提供改良的高铬耐热钢，其以质量％计由以 下组成：C:0.08%-0.13%、Si :0.15%-0.45%、Mn:0.1%-1.0%、Ni:0.01%-0.5%、Cr: 10.0%-11.5% ^Mo：0.3%-0.6% ^V：0.10%-0.25% ^Nb：0.01%-0.06% ^N：0.015%-0.07%、B: <0.005%和Al: <0.04%，其中余量为Fe和不可避免的杂质元素。另一个目的是 提供能用于超超临界压力锅炉的钢。另一个目的是在不加入昂贵元素如W和Co的情况下，基 于经济的钢提供用于高温蒸汽的蠕变断裂强度和蒸汽氧化性质改善的钢。
[0006] 本发明的钢成分包含低碳(C)、锰(Μη)、硅(Si)、铬(Cr)、镍(Ni)、钼(Mo)、钒(V)、铌 (Nb)和氮(N)。 在一个实施方案中，可以加入一种或多种以下元素:铝(A1)和硼(B)。 该成分的剩余部分包含铁(Fe)和不可避免的杂质。 本发明涉及高铬耐热钢。下表1中示出其实施方案(成分以质量％表示），其中余量为Fe 和不可避免的杂质元素： 表1 范围（质量％) 优选范围 说明 元素 最小值最大值 最小值 最大值 Μ C 0,08 0,13 0,08: 0.11 M Si 0,15 0.45 0.15 0.35 Μ Μη 0.10 1.00 0.40 0.60 Μ 通： 0,01 0,5 Ο 0,01 0.20 Μ Cr 10.00 11.50 10.45 11.00 Μ Μο 0.30 0.60 0.45 0.55 Μ V 0.10 0.25 0.15 0.25 Μ Mb 0.010 0,060 0,035 0,060 Μ Ν 0.0150 0.0700 0.0400 0,0700 Ο ΑΙ - 0.040 - 0.025 Ο Β Q.D01 0,00$ 0.002 0,004 I Ρ - 0 030 - 0.018 I S - 0.010 - 0 005 I Sn - 0 0200 - 0 0200 I Pb - 0.0030 - 0.0030 I As Ο 0 i 20 - 0 0120 1 :Sb - Ο 0040 - Ο 0040 I Cu - 0.25 - 0,25 I Co - 0.020 - 0.020 说明:M=必有的;0 =可有的；1 =可能存在的不可避免的杂质元素
[0007] 在高铬耐热钢的一个实施方案中，B在以质量计0.001 %至0.005%的范围内。
[0008] 在高铬耐热钢的一个实施方案中，不可避免的杂质元素的质量％小于0.4%。
[0009]在高铬耐热钢的一个实施方案中，不可避免的杂质元素包含除C、Si、Mn、Ni、Cr、 Mo、V、Nb、N、Fe之外的元素。
[0010]在高铬耐热钢的一个实施方案中，不可避免的杂质元素可包含磷(P)、硫（S)、钴 (Co)、铜(Cu)、锑(Sb)、砷(As)、锡(Sn)和铅(Pb)中的一种或多种。
[0011] 在高铬耐热钢的一个实施方案中，？+3+(：〇+〇1+3匕+六8+311+?1^0.40%(以质量％ 计)。
[0012] 在高铬耐热钢的一个实施方案中，？+3+(：〇+〇1+3匕+六8+311+?1^0.35%(以质量％ 计)。
[0013] 不可避免的杂质元素涉及由钢生产导致的正常污染物。
[0014] 本发明己提供了具有迄今为止一直在常规9Cr-lMo钢中难以实现的在蠕变断裂强 度和抗蒸汽氧化性方面的性质都改善了的高铬耐热钢。另外，本发明的主要成分不含有昂 贵元素诸如W和Co，和含有较少量的Mo，因而在经济效率方面有利。因此，本发明可以满足具 有较高温度和压力作为蒸汽条件的未来热电厂的使用。
[0015] 本发明还涉及由本发明的高铬耐热钢制造的蒸汽接触组件例如管。该管可以是无 缝或焊接管。
[0016] 本发明还涉及包括由本发明的高铬耐热钢制造的一种或多种蒸汽接触组件例如 锅炉汽包(boiler drum)和/或管的压力锅炉。
[0017] 本发明还涉及包括本发明的蒸汽接触组件的热电厂。
[0018] 本发明还涉及包括本发明的压力锅炉的热电厂。 发明详述
[0019 ]下面将讨论单种元素的限制的原因。
[0020] C：0.08%-0.13% ； C是抑制铁素体形成的奥氏体形成元素。因此，由铁素体形成元素诸如Cr确定C的适合 量，以获得回火马氏体结构。另外，C沉淀作为MC型(M代表合金元素（同样适用于下文））和 M23C6型碳化物，其大大影响了高温强度和特别是蠕变断裂强度。C含量小于0.08%时，沉淀 的量不足以用于沉淀强化，而且S铁素体相的抑制不完全。由于该原因，其下限设为0.08%。 加入多于〇. 13%的C时，可焊接性受损和韧性降低。而且，碳化物的团聚粗化(agglomerated coarsening)加速，导致高温长期侧的蠕变断裂强度降低。由于该原因，其范围设为0.08%-0.13%，优选在0.08%-0.11% (质量百分比）的范围内。
[0021] Si：0.15%-0.45%； 加入Si作为脱氧剂和用于抗氧化性。然而，Si是强铁素体形成元素，且韧性通过铁素体 相而受损。由于该原因，其范围设为〇.15%-〇.45%以平衡抗氧化性和回火马氏体结构;优 选在0.15%-0.35% (质量百分比）的范围内。
[0022] Mn：0.1%-1.0% ； 加入Μη作为脱氧剂和脱硫剂。另外，其也是抑制δ铁素体相的奥氏体形成元素，但其过 度加入会削弱蠕变强度。由于该原因，其范围设为0.1 % -1 % ;优选在0.40 %-0.60 % (质量 百分比）的范围内。
[0023] Ni：0.01%-0.5% ； Ni是抑制铁素体形成的强奥氏体形成元素。然而，其过度加入会削弱长期蠕变断裂强 度。由于该原因，所建议范围设为0.01 %-〇. 5%，优选在0.01 %-0.20% (质量百分比）的范 围内。
[0024] Cr：10.0%-11.5% ； Cr是保护抗蒸汽氧化性的重要元素。从用于高温蒸汽的抗蒸汽氧化性考虑，Cr含量为 10.0%或更高是有必要的。然而，Cr以及Si的过度加入引起铁素体形成，也引起长期蠕变中 脆性相的形成，从而削弱了断裂强度。由于该原因，其上限设为1