专利名称：：一种耐高温、抗蚀不锈钢、其制造方法及应用的制作方法
技术领域：
：本发明属于冶金领域，涉及耐热不锈钢及其制造方法和应用。
背景技术：
：耐热不锈钢是一种具有耐高温、抗氧化、抗疲劳并在高温具有较高变形抗力的不锈钢。不锈钢由于含Cr，与碳钢、低合金钢相比，抗高温腐蚀性强，并且奥氏体高温强度大，所以在很多场合中被用做耐热钢，马氏体型或铁素体型耐热钢蠕变强度从500—55(TC便急剧下降，但奥氏体耐热钢直到70(TC附近蠕变强度仍旧很高，所以对耐热性能要求较高的设备一般都采用奥氏体耐热钢制造，通常采用的奥氏体耐热钢有309、310等牌号(见表l)。表1309、310牌号耐热钢的化学成份<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>上述现有的耐热不锈钢采用电弧炉冶炼，浇注成小钢锭锻造开坯和轧钢机轧制成材的工艺进行制造，具体步骤依次为炼钢、锻造开坯、轧制成材、热处理，最后形成产品。其中，电弧炉冶炼完成之后浇注成600Kg—1300Kg小钢锭；锻造开坯过程要进行多个(4一5)火次(加热一锻造一回炉，循环一次称为一个火次)。这种制造工艺存在如下问题1)浇注锭型较小，降低了产品的成材率；2)采用锻造开坯生产，冶金制造厂的锻造开坯成本较高；3)锻造开坯需要4一5个火次进行，增加了能耗，提高了成本；4)屈服强度、塑性延伸率、截面收縮率、碳化物不均匀度等主要性能指标偏低。申请号CN02813138.X(公开号CN1524130)的中国专利申请公开了一种用作排放汽车废气的管道构件的铁素体不锈钢，所述的不锈钢的组成为C最高达0.03质量％、Si最高达1.0质量％、Mn最高达1.5质量％、Ni最高达0.6质量％、1020质量X的Cr、Nb最高达0.50质量X、0.82.0质量％的Cu、Al最高达0.03质量％、0.030.20质量％的V、N最高达0.03质量X以及余量除不可避免的杂质外为铁，并满足条件Nb》8(C+N)。这种不锈钢属Fe—Cr系铁素体不锈钢，铁素体不锈钢有较好抗氧化性，但脆性较大。申请号CN200410061304.5，(公开号一CN1616688)的中国专利申请公开了一种不锈钢退火保护内罩，包括有一筒状的罩体，罩体由封头和筒体焊接而成，其特征在于所述的罩体由高铬镍基耐热合金钢制成，所述的高铬镍基耐热合金钢成分按重量计含有镍18.5-20.0%，铬24.0-27.0%,硫小于0.03%,磷小于0.035%，锰小于1.50%，硅1.50-2.0%，碳0.04-0.腦，氮0.04-0.075%，铁余量。这种不锈钢属于奥氏体耐热钢，但其耐高温蠕变性能和高温持久性能并不高。
发明内容随着工业技术发展，使用环境的更加特殊和恶劣，对耐热不锈钢提出了更高要求。例如，全氢罩式炉的电机轴使用最高温度达到900°C，要求不锈钢的稳定性提高，否则会影响电机寿命，影响生产。因此，本发明的一个目的是提供一种耐高温、抗蚀不锈钢。本发明的另一个目的是提供这种耐高温、抗蚀不锈钢的制造方法。本发明的另一个目的是提供这种耐高温、抗蚀不锈钢在制造耐高温炉轴上的应用。本发明提供的耐高温、抗蚀不锈钢，其成分重量百分比为C0.15-0.25wt%、Mn1.50-2.50wt%、Cr19.00-22.00wt%、Si1.50-2.50wt%、V《0.50wt%、Nb《0.50wt%、Ti《0.50wt%、Nill.00-13.00wt%、P《0.020wt%、S《0.015wt%，其余为Fe和不可避免杂质。在奥氏体不锈钢中C是强烈形成并稳定奥氏体并扩大奥氏体区的元素，C又是一种间隙元素，通过固溶强化可显著提高奥氏体不锈钢的强度。但是，随着C含量的增加，耐蚀性也下降，综合二方面的因素，C含量以0.15-0.25wt呢为宜。Mn对于奥氏体不锈钢的作用与Ni相似，是比较弱的奥氏体形成元素，但具有强烈稳定奥氏体的作用，在铬镍奥氏体不锈钢中，随着Mn含量增加强度增加，另外Mn在炼钢时，是一种脱氧剂，和硫有较强的亲合力，一定含量的Mn可改善不锈钢的热塑性。但研究表明，MnS使铬镍奥氏体不锈钢中耐氯化物点蚀和缝隙腐蚀能力下降。因此，本发明的不锈钢中Mn的含量以1.50-2.50X为宜。Ni是奥氏体不锈钢中的主要合金元素，其主要作用是形成稳定奥氏体，使钢获得完全奥氏体组织，从而使钢具有良好的强度和塑性、韧性的配合，而且，Ni含量的提高有宜于耐酸性和抗高温氧化性的提高。主要因为改善了Cr的氧化膜的成分、结构和性能。但是，Ni的存在使钢的抗高温硫化性能降低，并且越高对此性能越有害。因此，本发明的不锈钢中Ni的含量以11.00-13.00%为宜。Cr是奥氏体不锈钢中的主要合金元素，是强烈形成并稳定铁素体的元素，缩小奥氏体区。Cr生成氧化铬，形成了钢的钝化膜，Cr对奥氏体不锈钢性能影响最大是耐蚀性，Cr的提高能显著提高钢的抗氧化性。因此，本发明的不锈钢中Cr的含量以19.00-22.00%为宜。在奥氏体不锈钢中Si得含量一般在0.8-1.0%以下，作为合金元素，Si对含Cr钢的抗氧化性能有显著提高，但Si的含量过大带来了热加工性能变差、钢晶粒粗化及脆性倾向增大等问题。因此，本发明的不锈钢中Si的含量以1.50-2.50%为宜。杂质元素磷是钢中的有害元素，增加钢的脆性，降低钢的冲击韧性，硫元素在一定的程度上容易造成钢的加工性能的恶化，P、S在钢中应尽可能降低，本发明的不锈钢中控制P《0.020wt%、S《0.015wt%。本发明主要是在奥氏体基础上添加微量合金元素Nb、V、Ti碳化物形成元素，通过固溶处理工艺中碳化铌、碳化钒、碳化钛的沉淀来完成晶粒细化。采用此工艺在较高温度，进行固溶处理时也能获得细晶粒。本发明不锈钢的一个优选实施方案是采用真空冶炼+电渣重熔炼钢工艺、快锻+径锻联合锻造工艺及固溶处理工艺制造出的锻棒。所述锻棒较佳为O120—200的锻棒。本发明提供的耐高温、抗蚀不锈钢的制造方法包括真空冶炼+电渣重熔炼钢工艺、锻造工艺及固溶处理工艺。本发明制造方法的一个优选实施方案是在炼钢工艺中还包括二次精炼。通过选用精料和二次精炼生产出P、S含量较低的耐热钢。本发明制造方法的一个优选实施方案是包括真空冶炼+电渣重熔炼钢工艺、快锻+径锻联合锻造工艺及固溶处理工艺。本发明在309牌号耐热钢(Cr23—Nil3—Fe)的基础上通过调整成份、添加合金细化晶粒，并采用真空冶炼+电渣重熔炼钢工艺及快锻+径锻联合作业的锻造工艺，制造出①120—200锻棒。本发明工艺制得的锻棒不但有较好的抗氧化性能，而且比一般309耐热不锈钢有更好的高温蠕变性能和高温持久性能。应用于耐高温达90(TC热处理炉轴，具有耐高温、抗氧化、变形小等特性。因此，本发明还提供按本发明的成分配比和工艺制得的耐高温、抗蚀不锈钢在制造耐高温炉轴上的应用。本发明与现有的技术相比，具有如下的优点1.化学成分的配比更加合理，C含量考虑奥氏体不锈钢的强度和耐蚀性定为中下限；Cr是耐蚀和耐氧化主要元素，控制在19.00-22.00wt%;Ni控制在中等含量范围11.00-13.00wt%，使既有抗高温抗氧化性又有抗高温硫化性；Mn、Si的含量都有所提高，从而提高了钢材的强度和耐氧化性；添加Nb、V、Ti碳化物形成元素，提高高温持久强度和蠕变强度。2.合理的化学成分配比和先进的制造工艺使得钢的性能指标明显提升，屈服强度从620MPa增加至695MPa、塑性延伸率从45%提高到51。％。总之，本发明的耐高温、抗蚀不锈钢与国外同类材料相比，室温力学性能、持久试验和蠕变试验结果均有明显提高。图1、图2是根据本发明化学成份配比和工艺制造方法生产的耐高温炉轴用钢的金相显微组织照片。具体实施例方式下面用实施例对本发明作进一步阐述。应当理解，这些实施例仅用于说明本发明而非对本发明有任何限制。本领域技术人员在本说明书的启示下对本发明实施中所作的任何变动都将落在权利要求书的范围内。实施例1一3选择高质量C、Cr、Ni、Fe等金属原料，进行真空冶炼。真空度达到《2.7Pa时可加大功率进行熔化；精炼期真空度尽量达到2.7Pa，熔池平静，精炼25分钟。精炼毕，关毕真空阀门充Ar6666pa，加Si、Mn、Nb、V、C，Nb、V分别按O.IO%配入，加合金料时分批缓慢加入，一种合金熔清后，再加下一种合金。加料毕，待C熔清后，进行高、低功率交替搅拌，C熔清后IO分种出钢，出钢前测温取样。出钢温度1520±10°C，充Ar保护浇注，浇4325电极。采用三七渣系(CaF2:Al2O3-70:30)重熔电渣成4)500电渣锭，锻压加热温度11401160°C，保温5小时，2000t快锻机一火锻成280X280八角，锻压比3.1倍，再加热U40116(TC,保温1.5小时，径锻机锻成4>130，锻压比4.6倍，总的锻压比达7.7倍，用快径锻联合作业，获得较大的锻制压縮比，从而能改善化学成分的偏析有利于钢材的内部成分的均匀性。为了获得均匀组织性能，采用井式炉固溶处理，加热温度1150—117(TC，保温4.5小时，油淬。成品的化学成份见表2，成品的机械性能见表3。成品的金相显微组织结构见图l、图2。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>图1和图2所示金相显微组织结构显示了奥氏体+碳化物组织，晶粒度5.0-6.0级,个别4.0级，这种较细晶粒奥氏体组织中弥散分布了碳化物，对钢材的蠕变和持久性能起到了提升作用。在使用条件下，耐热钢的工作能力取决于高温和应力作用下金属抗变形的能力，主要根据它的持久强度极限和蠕变极限来评价。本发明的钢材中添加微量合金元素Nb、V、Ti碳化物形成元素，通过固溶处理工艺中碳化铌、碳化钒、碳化钛的沉淀来完成晶粒细化。这样的晶粒细化和弥散强化程度的提高，都可提高高温持久强度和蠕变强度。表4、表5和表6是本发明的不锈钢与国外同类材料进行室温力学性能、持久试验和蠕变试验比较的结果。表4与国外同类材料室温力学性能比较<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表5与国外同类材料持久试验比较<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表6与国外同类材料蠕变试验比较<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>从表4、表5和表6可以看出，本发明的耐高温、抗蚀不锈钢与国外同类材料相比，室温力学性能、持久试验和蠕变试验结果均有明显提高。权利要求1.一种耐高温、抗蚀不锈钢，其成分重量百分比为C0.15-0.25wt％、Mn1.50-2.50wt％、Cr19.00-22.00wt％、Si1.50-2.50wt％、V≤0.50wt％、Nb≤0.50wt％、Ti≤0.50wt％、Ni11.00-13.00wt％、P≤0.020wt％、S≤0.015wt％，其余为Fe和不可避免杂质。2.如权利要求l所述的不锈钢，所述不锈钢是采用真空冶炼+电渣重熔炼钢工艺、快锻+径锻联合锻造工艺及固溶处理工艺制造出的锻棒。3.如权利要求2所述的不锈钢，其中所述锻棒为①120—200的锻棒。4.权利要求1所述不锈钢的制造方法，包括真空冶炼+电渣重熔炼钢工艺、锻造工艺及固溶处理工艺。5.如权利要求4所述的制造方法，其中所述炼钢工艺还包括二次精炼。6.如权利要求4所述的制造方法，其中所述锻造工艺包括快锻+径锻工艺。7.权利要求1或2所述不锈钢在制造耐高温炉轴上的应用。全文摘要本发明提供一种耐高温、抗蚀不锈钢，其成分重量百分比为C0.15-0.25wt％、Mn1.50-2.50wt％、Cr19.00-22.00wt％、Si1.50-2.50wt％、V≤0.50wt％、Nb≤0.50wt％、Ti≤0.50wt％、Ni11.00-13.00wt％、P≤0.020wt％、S≤0.015wt％，其余为Fe和不可避免杂质。其制造方法包括真空冶炼+电渣重熔炼钢工艺、锻造工艺及固溶处理工艺。本发明的不锈钢与国外同类材料相比，室温力学性能、持久试验和蠕变试验结果均有明显提高，特别可用于制造耐高温炉轴。文档编号C22C33/00GK101676429SQ20081020010公开日2010年3月24日申请日期2008年9月19日优先权日2008年9月19日发明者瀑李申请人:宝山钢铁股份有限公司