一种高性能耐热钢、其制备方法及其应用

文档序号:10529144
一种高性能耐热钢、其制备方法及其应用
【专利摘要】本发明公开了一种高性能耐热钢,属于高温合金材料技术领域,其化学组成,按重量百分比计为:C 0.03~0.05%;Cr 14.0~16.0%;Mo 0.60~1.00%;Ni 6.20~6.80%;Cu 1.35~1.75%;Mn 0.30~0.80%;Nb 0.24~0.75%;Si 0.20~0.50%,余量为Fe,还公开了上述材料的制备方法和应用;本发明的高性能耐热钢具有优异的耐高温性能和力学性能,室温(25℃)其力学性能为:室温拉伸试验抗拉强度Rm≥1245Mpa;屈服强度RP0.2≥1030N/mm2;伸长率A≥13.5%;断面收缩率Z≥58%;冲击功AKv≥94J;硬度HB≥393。
【专利说明】
一种高性能耐热钢、其制备方法及其应用
技术领域
[0001 ]本发明涉及合金材料,尤其涉及一种高性能耐热钢、其制备方法及其应用。
【背景技术】
[0002] 材料学核心是合金化基本原理,这是材料强韧化矛盾的主要因素。也就是说,在钢 材领域,强度和韧性往往是不可调和的矛盾,如果强度足够高,那么相应的韧性就得不到保 障,相反亦是如此。
[0003] 但是,在某些特殊的领域,比如航空发动机压气机叶片,既要求高强度又要求高韧 性。现有技术报道了很多可用于压气机的材料,这些材料进气端到高压端,材料的总类依次 可以为:铝合金、沉淀硬化不锈钢、钛合金,到高温合金,后面几级的压气机叶片,由于工作 温度太高,钛合金的抗氧化能力和阻燃性能已经不能胜任,高温合金叶片就变成了唯一选 择,现有的沉淀硬化不锈钢更是不能胜任。
[0004] 提供一种兼具强度和韧性的高性能耐热钢,是本领域急需解决的问题。

【发明内容】

[0005] 本发明的目的之一,就在于提供一种高性能耐热钢,以解决上述问题。
[0006] 为了实现上述目的,本发明采用的技术方案是这样的:一种高性能耐热钢,其特征 在于:其化学组成,按重量百分比计为:
[0007] C 0.03~0.05%
[0008] Cr 14.00 ~16.00%
[0009] Mo 0.60~1.00%
[0010] Ni 6.20~6.80%
[0011] Cu 1.35 ~1.75%
[0012] Μη 0.30~0.80%
[0013] Nb 0.24~0.75%
[0014] Si 0.20~0.50%,
[0015] 余量为Fe。
[0016] 作为优选的技术方案:所述材料中,所含的杂质,按质量百分比计:
[0017] P 彡 0.020% S 彡 0.005%
[0018] N 彡 0.030% V 彡 0.100%。
[0019] 其中,S(硫)是钢中的有害杂物,含硫较高的钢在高温进行压力加工时,容易脆裂, 通常叫作热脆性;
[0020] P(磷)能使钢的可塑性及韧性明显下降,特别的在低温下更为严重,这种现象叫作 冷脆性.在优质钢中,硫和磷要严格控制.但从另方面看,在低碳钢中含有较高的硫和磷,能 使其切削易断,对改善钢的可切削性是有利的;
[0021] V(钒);能细化钢的晶粒组织,提高钢的强度,韧性和耐磨性.当它在高温熔入奥氏 体时,可增加钢的淬透性;反之,当它在碳化物形态存在时,就会降低它的淬透性;
[0022] N(氮):在液态的金属中,在高温时可以溶解大量的氮气,而在钢凝固的过程中由 于氮的溶解度下降,过饱和的氮气需要以气泡的形式从液态金属中逸出,但是当液态金属 的结晶速度大于气泡的逸出速度时。就会形成气孔,在铁液中含氮量超过0.01%时。就易形 成气孔,而气孔是裂纹的起裂源,由于气孔会导致应力的集中及承载能力的下降;
[0023] 在高温下,钢种溶解大量的氮气,在冷却的过程中,有的氮和钢种合金元素形成的 粗大氮化物,在钢中的晶界或晶内上析出,而导致这种钢的热稳定性变差而变脆。如以Fe4N 的形式析出,分布在晶界和晶内。引起金属的脆化,其脆化作用随氮含量的增加而增加,特 别对低温韧性的影响。而且会引起时效脆化。
[0024] 本发明的目的之二,在于提供一种上述高性能耐热钢的制备方法:包括以下步骤:
[0025] (1)按组分比例称量原料,然后进行初炼,熔炼温度1580~1620°C,得到钢水;这个 过程中,优选调节主要元素(^11、31、他暂时不调整)的含量;
[0026] (2)将步骤(1)所得的钢水进行精炼,浇注成自耗电极;优选精炼完成后调整各元 素的含量,使其重量比符合设计要求,控制杂质元素的含量尽量低
[0027] (3)将步骤(2)所得的自耗电极进行重熔精炼,制成电渣钢锭;该过程中电渣渣系 优选:CaF 2:Al2〇3: Ca0:Mg0 = 60:25:10:5(质量比);
[0028] (4)将步骤(3)所得的电渣钢锭加热后锻造成钢棒;优选采用2000T压机。
[0029] (5)将步骤(4)所得钢棒锻后进行退火热处理,步骤及工艺参数如下:
[0030] 将钢棒加热至607~635°C,保温6~30小时后炉冷至500°C出炉空冷,然后进行表 面处理,即得。
[0031 ]作为优选的技术方案:步骤(1)中,初炼时在非真空感应炉中进行。
[0032] 作为优选的技术方案:步骤(2)在A0D精炼炉中进行。
[0033] 本发明的目的之三,在于提供一种上述高性能耐热钢的应用,将所述高性能耐热 钢用于压气机叶片
[0034] 与现有技术相比,本发明的优点在于:本发明的高性能耐热钢具有优异的耐高温 性能和力学性能,室温(25°C)其力学性能为:室温拉伸试验抗拉强度R m>1245Mpa;屈服强 度Rpq.2彡1030N/mm2;伸长率A彡13.5% ;断面收缩率Z彡58% ;冲击功AKv彡94J;硬度HB彡 393〇
【具体实施方式】
[0035]下面将结合实施例对本发明作进一步说明。
[0036] 实施例1-5:
[0037] 采用不同含量的元素,制得合金材料,一共采用了 5种不同的配方,各元素的组成 见表1,表1中,均为质量百分含量值。
[0038] 表1实施例1-5中各种元素的组成

[0041] 制备方法:
[0042] (1)按照表1取所需化学元素,在非真空感应炉冶炼,熔炼过程中调节化学元素的 含量,使其重量百分比如表1:
[0043] 并控制杂质元素的含量尽量低,经过A0D精炼后浇注成自耗电极;
[0044] (2)将自耗电极于电渣炉中重熔精炼,进一步降低杂质元素的含量,使其符合下述 要求:
[0045] S彡0.005(重量百分比)P彡0.020(重量百分比)
[0046] N彡0.030(重量百分比)V彡0.10(重量百分比)
[0047] 取样分析各组分含量合格后,制成电渣钢锭;
[0048] (3)将电渣钢锭加热后运用2000T压机锻造成钢棒;
[0049] (4)钢棒锻后进行退火热处理,步骤及工艺参数如下:
[0050] 将钢棒加热至621±14°C,保温6~30小时后炉冷至500°C出炉空冷。
[0051] (5)钢棒表面处理,对成品钢棒进行表面车光处理,消除表面缺陷并使钢棒尺寸、 形状、表面质量满足设计要求,制得成品钢棒;
[0052] (6)在成品钢棒上取样检验力学性能,进行室温拉伸试验;
[0053] 实施例6 [0054]材料性能测试
[0055]在成品钢棒上取样检验力学性能,进行对应的力学性能试验;
[0056]试样热处理步骤及工艺参数如下:
[0057] l)、Nb/C=13 ~15
[0058] 固溶处理:1038±5°C时间40~180分钟冷却方式:油冷或者冷速与油冷相当的 介质冷却;
[0059] 时效处理:515±5°C时间8~10小时冷却方式:空冷。
[0060] 2)、Nb/C = 9 ~12
[0061 ] 固溶处理:1038±5°C时间40~180分钟冷却方式:油冷或者冷速与油冷相当的 介质冷却;
[0062] 时效处理:500±5°C时间8~10小时冷却方式:空冷。
[0063]将实施例1-5所制得的成品钢棒进行性能测试
[0064] 经室温拉伸试验,结果表明其力学性能完全达到设计要求,试验结果如下:
[0065] 室温拉伸:
[0066]
[0067] 700°C/600Mpa条件下的性能数据:
[0070] 从上述结果可以看出,本材料制造的压气机叶片,能够满足压气机高温使用条件 的要求。
[0071] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精 神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种高性能耐热钢,其特征在于:其化学组成,按重量百分比计为: C 0.03~0.05% Cr 14.00 ~16.00% Mo 0.60~1.00% Ni 6.20~6.80% Cu 1.35 ~1.75% Mn 0.30~0.80% Nb 0.24~0.75% Si 0.20~0.50%, 余量为Fe。2. 根据权利要求1所述的高性能耐热钢,其特征在于:所述材料中,所含的杂质,按质量 百分比计: P^O.020% S^O.005% N^O.030% V 彡 0.100%〇3. 权利要求1或2所述的高性能耐热钢,其特征在于:包括以下步骤: (1) 按组分比例称量原料,然后进行初炼,熔炼温度1580~1620°C,得到钢水; (2) 将步骤(1)所得的钢水进行精炼,浇注成自耗电极; (3) 将步骤(2)所得的自耗电极进行重熔精炼,制成电渣钢锭; (4) 将步骤(3)所得的电渣钢锭加热后锻造成钢棒; (5) 将步骤(4)所得钢棒锻后进行退火热处理,步骤及工艺参数如下: 将钢棒加热至607~635°C,保温6~30小时后炉冷至500°C出炉空冷,然后进行表面处 理,即得。4. 根据权利要求3所述的高性能耐热钢的制备方法,其特征在于:步骤(1)中,初炼时在 非真空感应炉中进行。5. 根据权利要求3所述的高性能耐热钢的制备方法,其特征在于:步骤(2)在AOD精炼炉 中进行。6. 权利要求1或2所述的高性能耐热钢的应用,其特征在于,将所述高性能耐热钢用于 压气机叶片。
【文档编号】C22C38/42GK105886949SQ201610232172
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月14日
【发明人】廖云虎, 雷德江, 黄志永, 丁勇, 刘永新, 高刚毅
【申请人】四川六合锻造股份有限公司
再多了解一些
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1