专利名称：一种奥氏体节镍耐热钢板及其制造方法
技术领域：
本发明涉及钢板制造技术领域，具体地说，涉及一种新型奥氏体节镍耐热钢板及其制造方法。
背景技术：
镍是钢中重要的元素之一，镍可以提高钢的机械性能，增加钢的强度、韧性、耐热性，增加钢的防腐蚀、抗酸性及其导磁性等。镍还能够细化晶粒、提高钢的淬透性和增加钢的硬度。加了镍的钢有着良好的耐热耐蚀性，并且镍是奥氏体区扩大元素，同时可以防止奥氏体钢中脆性相的生成。基于上述优点，近来，奥氏体耐热不锈钢在锅炉和压力容器中有着广泛的应用，例如取向硅钢高温环形退火炉热处理设备内罩，是退火保护的关键设备，长期在高温下运行， 标准退火周期为150h，其中加热至650°C保温停留17h，在高温工作1200°C保温27h。设备内罩须长期在高温下运行，致局部熔损及氧化皮脱落，使设备寿命大大降低。在现有技术中，取向硅钢高温环形退火炉热处理设备内罩在制造过程的冶炼中采用工业纯铁为原料，加入铬铁、钥铁、镍板等合金化，一般采用(I)非真空感应炉冶炼；⑵电弧炉+炉外精炼(LF) +真空精炼等工艺方法生产高含镍量钢种1625Ni20Si2、20X25H20C2、X15CrNiSi25_21等，其含镍量达18-22%。这些合金的生产和使用无疑会消耗大量价格昂贵的镍，不仅会增加生产成本，也与“节能减排”的大趋势相悖。采用现有技术，不仅消耗大量稀缺镍资源，高温持久强度、抗高温氧化能力和耐介质腐蚀性能大大降低。综上，高镍合金的应用，特别是未来的应用必然会受到严格的限制。而如果选用镍含量降低价格相对便宜的合金又难以满足更高温度、更高应力和更苛刻的使用条件。为了满足合金在更苛刻的条件下的要求，保证或者大幅提高使用寿命，同时又可降低合金的生产成本，可以替代高镍钢种的研究与开发越来越重要。
发明内容
本发明的目的旨在克服现有技术中的不足，提供一种产品质量好，不仅节约大量稀缺镍资源，而且高温持久强度、抗高温氧化能力和耐介质腐蚀能力优良新型奥氏体节镍耐热钢板的制造方法。针对上述目的，本发明的技术方案是通过对钢种成分组成的设计，通过对制造方法以及在制造过程中工艺参数的优化设计，提出了一种节镍型奥氏体耐热不锈钢的制造方法。本发明的一方面提供一种奥氏体节镍耐热钢板，所述钢板的组成以重量百分比为碳彡O. 15%、硅I. O 3. 50%、锰彡2. 0%、硫彡O. 030%、磷彡O. 040%、铬23. O 26. 0%、钥O. 5 I. 2%、镍12. O 15. 0%、氮O. 10 O. 35%，余量为铁。钢板的组成还包括重量百分比为O. 01 O. 07%的铝和O. 01 O. 04%的铜。所述钢板的屈服强度为400-430Mpa，抗拉强度 800_830Mpa。本发明的另一方面提供一种奥氏体节镍耐热钢板的制造方法，所述方法包括以下工艺步骤a、合金冶炼，采用非真空感应炉或电弧炉+炉外精炼+真空精炼中的其中一种，以返回钢、纯铁及符合耐热钢板组成的合金、金属为原料进行冶炼；出钢温度控制在1540 15600C ;出钢后浇注成合金钢锭；合金钢锭的组成以重量百分比为碳< O. 15%、硅I. O 3. 50%、锰≤2. 0%、硫≤ O. 030%、磷≤O. 040%、铬 23. O 26. 0%、钥 O. 5 I. 2%、镍12. O 15. 0%、氮O. 10 O. 35%，余量为铁；b、锻造热加工，将上述合金钢锭缓慢加热锻造热加工为钢坯，锻造加热温度1220 1270°C ;保温时间5 10小时；开锻温度≥1100°C，终锻≥850°C ;将锻造后的钢坯表面全面磨光，清理缺陷，切头尾；C、轧制热加工，将上述钢坯缓慢加热后进行轧制热加工，轧制加热温度1200 12500C ;保温时间3 15小时；开轧温度彡1100°C、终轧彡900°C ;轧制成板材；d、固溶及表面处理板材经1080-1140°C固溶后，保温时间按厚度方向l_2min/nun ;冷却方式水冷或油冷；冷却时间> 30min ;清理缺陷；切头尾即为成品钢板。步骤a中以返回钢、纯铁及符合耐热钢板组成的合金、金属原料优选采用以重量百分比计c ( O. 05%, S 彡 O. 005%, P ( O. 010%, Ti ( O. 05%, N ( 50ppm, O ( 40ppm,Sn ^ O. 015 %, Pb ^ O. 01 %, Cu ^ O. 08 %,余量为铁的原料；再按成份设计加入l#Ni、V_Cr、N-Cr, J-Mn, Fe_Mo、硅铁、J-Al、Si-Ca 进行合金化冶炼。步骤c的轧制热加工保温时间优选采用不低于5小时。非真空感应炉可以采用电磁感应加热对应的冶炼炉型；电弧炉+炉外精炼+真空精炼可以采用电弧加热初炼，然后钢包电弧加热并调整成分，最后进行真空脱碳保铬、去气。有所述方法制造的钢板的屈服强度为400_430Mpa，抗拉强度800_830Mpa。在本发明的奥氏体节镍耐热钢板的制造方法中的固溶处理是指热轧后的材料经过加热保温快冷处理，使得合金元素溶解到晶粒中并细化晶粒，以达到改善合金综合性能的目的。与现有技术相比，本发明具有下列特点和有益效果(I)本发明选用工业纯铁、合金和其它金属为原料，为获取高纯净度钢板提供了物质基础，在非真空感应炉合金化(或电弧炉+LF+真空精炼等)合金化冶炼，加大氮含量使用，大幅度减少镍使用量，降低了氧元素含量，获得高纯洁度钢锭；钢锭经加热温度1220°C 1270°C、保温时间5 10小时处理后，进行热加工锻造，使合金元素分布均匀，从而减少偏析；采用本发明制得的新型奥氏体节镍耐热钢板，产品质量达到技术要求，并且具有高纯洁度。(2)采用本发明，获得的新型奥氏体节镍耐热钢板，偏析满足GB1979中< I级水平，氧化物、硫化物均< 2. O级要求；达到的力学性能σ b彡490Mpa, σ s彡230Mpa,δ s 彡 35%。(3)本发明产品制备工艺简单，实用性强，不仅大幅度减少镍使用量，降低生产成本；且提高高温性能(高温持久强度、抗高温氧化和耐介质腐蚀)，能够满足大规模工业生产急需，为我国环形退火炉升级更新提供了技术保障。
具体实施例方式以下结合实施例对本发明作进一步详细说明，但不能理解为是对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员根据上述本发明的内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。根据本发明的奥氏体耐热钢板的制造方法所制造出的奥氏体节镍耐热钢板，所述钢板的组成以重量百分比为碳彡O. 15%、硅I. O 3. 50%、锰彡2. O %、硫彡O. 030%、磷(O. 040%、铬 23. O 26. 0%、钥 O. 5 I. 2%、镍 12. O 15. 0%、氮 O. 10 O. 35%，余量为铁。钢板的组成还包括重量百分比为O. 01 O. 07%的铝和O. 01 O. 04%的铜。所述钢板的屈服强度为400-430Mpa，抗拉强度800_830Mpa。下面，将结合实施例详细描述本发明。根据本发明示出的耐热钢板的制造方法包 括下述步骤a、合金冶炼，采用非真空感应炉或电弧炉+炉外精炼+真空精炼中的其中一种，非真空感应炉可以采用电磁感应加热对应的冶炼炉型，电弧炉+炉外精炼+真空精炼可以采用电弧加热初炼，然后钢包电弧加热并调整成分，最后进行真空脱碳保铬、去气。其中，以返回钢、纯铁及符合耐热钢板组成的合金、金属为原料进行冶炼；出钢温度控制在1540 15600C ;出钢后浇注成合金钢锭；合金钢锭的组成以重量百分比为碳彡O. 15%、硅I. O 3. 50%、锰彡 2. 0%、硫彡 O. 030%、磷彡 O. 040%、铬 23. O 26. 0%、钥 O. 5 I. 2%、镍12. O 15. O0AM O. 10 O. 35%，余量为铁；b、锻造热加工，将上述合金钢锭缓慢加热锻造热加工为钢坯，锻造加热温度1220 1270°C;保温时间5 IO小时，优选地，保温时间不低于5小时；开锻温度彡1100°C，终锻> 8500C ;将锻造后的钢坯表面全面磨光，清理缺陷，切头尾；C、轧制热加工，将上述钢坯缓慢加热后进行轧制热加工，轧制加热温度1200 12500C ;保温时间3 15小时；开轧温度彡1100°C、终轧彡900°C ;轧制成板材；d、固溶及表面处理板材经1080-1140°C固溶后，保温时间按厚度方向l_2min/nun ;冷却方式水冷或油冷；冷却时间> 30min ;清理缺陷；切头尾即为成品钢板。在上述钢板的组成成分中，碳是有效地赋予耐热钢所需的适宜的拉伸强度和高温持久强度的组分。然而如果碳含量过高，将破坏焊接性，为此，本发明的碳含量为< O. 15%。硅有利于改善耐热钢的抗氧化性，但是过量硅破坏合金钢的焊接性能，如果长期暴露在高温环境下容易形成σ相破坏合金的延展性和韧性。为此硅含量为I. O 3. 50%。锰是奥氏体稳定元素，并增加氮在奥氏体中的溶解度，锰含量过高有损于抗氧化性，降低合金的蠕变极限。为此锰含量不超过2. O %。氮同碳一样是形成和稳定奥氏体的元素，作为间隙元素，具有很强的固溶强化作用，显著提高耐热钢的高温强度和抗蠕变性能。因此氮含量限定为O. 10 O. 35%。铬能提高耐热钢的抗氧化性和耐蚀性，在氧化的介质中能形成致密的含铬氧化膜，能阻止金属基体的继续破坏。如果铬含量过高则为了稳定奥氏体并抑制脆性相的形成就需要增加镍的含量，增加原料成本。因此铬含量控制在23. O 26. O %。钥具有较强的碳化物形成能力，使较低含碳量的合金钢也具有较高的硬度，而且钥能够阻止奥氏体化的晶粒粗大。钥可以提高淬透性，但是会引起晶间偏聚造成合金脆性，所以钥含量控制在O. 15 I. 20%。镍是强烈形成并稳定奥氏体且扩大奥氏体相区的元素，特定的铬含量的情况下，增加镍含量抑制氧化物生长速度并增加形成连续氧化铬层得趋势。然而增加镍的含量，会大大增加原材料成本，因此，本发明将镍含量限制在12. O 15. 0%。既满足钢板的性能要求，又节约了成本。固溶处理的保温时间根据板材厚度的不同进行选择，本发明的保温时间采用按厚度方向l-2min/mm,冷却方式为水冷或油冷,冷却时间> 30min,然而本发明不限于此,在不脱离本领域技术人员的认知范围内，可以根据需要进行改变，意在使合金元素完全固溶进合金基体中并且不会造成晶粒的过度长大，获得组织均匀并且细化的晶粒的目的，从而合金的综合性能得到改善。在本发明中，采用非真空感应炉或电弧炉+炉外精炼+真空精炼中的其中一种进行冶炼，采用的非真空感应炉是指采用电磁感应加热对应的冶炼炉型，常用的种类。所述的 电弧炉+炉外精炼+真空精炼是指采用电弧加热初炼，然后钢包电弧加热并调整成分，最后进行真空脱碳保铬、去气。以下具体实施例中的步骤a中以返回钢、纯铁及符合耐热钢板组成的合金、金属原料优选采用以重量百分比计C彡O. 05%，S彡O. 005%，P彡O. 010%，Ti彡O. 05%，N ( 50ppm, O ( 40ppm, Sn ( O. 015%, Pb ^ O. 01 %, Cu ^ O. 08%，余量为铁的原料；再按成份设计加入l#Ni、V-Cr、N-Cr, J-Mn, Fe_Mo、硅铁、J-Al、Si-Ca进行合金化冶炼。原料含量的加入须满足合金钢的含量要求。实施例I实施例I的新型奥氏体节镍耐热钢板的制造方法，包括下列步骤a、非真空感应炉合金化，采用电磁感应加热炉进行冶炼以返回钢、纯铁和其它合金、金属为原料，在非真空感应炉冶炼成按重量百分比(％wt)见表I的合金，表I
~C ~Si Mn ~SCrMoNi Γ
0.08 270 Γδ 0.003 0.015 24.46 0 7 13.95 0.275其余为Fe ；出钢温度控制在1540°C ;出钢后浇注成4. 9t扁钢锭；b、锻造热加工将钢锭缓慢加热至1200°C，进行锻造热加工，保温5小时；开锻温度1100°C，终锻850°C;钢锭经锻造后成为215 X 1300 X 1780 (mm)的钢坯，将表面全面磨光，清理净缺陷，切头尾，送入轧制区待轧；C、轧制热加工将上述钢坯缓慢加热到1200°C温度，保温时间3小时；在1780轧机进行轧制热加工、开轧温度1100°c、终轧90(TC，轧制成11 X 3000X 12000 (mm)板材；d、固溶及表面处理板材经1080°C固溶后，保温22min后，根据实际需要水冷或油冷；冷却时间为30min ;清理缺陷；切头尾即为成品钢板。经检验，本实施例新型奥氏体节镍耐热钢板的物理检验结果如下夹杂物氧化物I.5级、硫化物O. 5级；室温力学性能屈服强度424Mpa，抗拉强度804Mpa，伸长48% ;氧含量25ppm，完全满足实际应用所需要。实施例2与实施例I类似，实施例2中的制造方法，包括下列步骤a、可以采用电弧加热初炼，然后钢包电弧加热并调整成分，最后进行真空脱碳保铬、去气。冶炼成按重量百分比Wt)见表2的合金，表权利要求
1.一种奥氏体节镍耐热钢板，其特征在于，钢板的组成以重量百分比计为碳(O. 15%、硅 I. O 3. 50%、锰彡 2. 0%、硫彡 O. 030%、磷彡 O. 040%、铬 23. O 26. 0%、钥 O. 5 I. 2% M 12. O 15. 0%、氮 O. 10 O. 35%，余量为铁。
2.根据权利要求I所述的奥氏体节镍耐热钢板，其特征在于，钢板的组成还包括重量百分比为O. 01 O. 07%的铝和O. 01 O. 04%的铜。
3.根据权利要求I所述的奥氏体节镍耐热钢板，其特征在于，钢板的屈服强度为400-430Mpa，抗拉强度为 800_830Mpa。
4.一种奥氏体节镍耐热钢板的制造方法，其特征在于，包括以下工艺步骤 a、合金冶炼，以返回钢、纯铁及符合耐热钢板组成的合金、金属为原料进行冶炼；出钢温度控制在1540 1560°C;出钢后浇注成合金钢锭；合金钢锭的组成以重量百分比计为碳(O. 15%、硅 I. O 3. 50%、锰彡 2. 0%、硫彡 O. 030%、磷彡 O. 040%、铬 23. O 26. 0%、钥 O. 5 I. 2% M 12. O 15. O0AM O. 10 O. 35%，余量为铁； b、锻造热加工，将上述合金钢锭缓慢加热，锻造热加工为钢坯，锻造加热温度1220 12700C ;保温时间5 10小时；开锻温度彡1100°C，终锻彡850°C ;将锻造后的钢坯表面全面磨光，清理缺陷，切头尾； C、轧制热加工，将上述钢坯缓慢加热后进行轧制热加工，轧制加热温度1200 1250°C;保温时间3 15小时；开轧温度彡1100°C、终轧彡9000C ;轧制成板材； d、固溶及表面处理，板材经1080-1140°C固溶后，保温时间为按厚度方向l-2min/mm;冷却方式为水冷或油冷；冷却时间> 30min ;清理缺陷，切头尾即为成品钢板。
5.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，步骤a中以返回钢、纯铁及符合耐热钢板组成的合金、金属原料优选采用以重量百分比计C< O. 05%，S ^ O. 005%,P 彡 O. 010 %, Ti ^ O. 05 %, N ^ 50ppm, O ( 40ppm, Sn ( O. 015 %, Pb ^ O. 01 %,Cu ( O. 08%，余量为铁的原料；再按成份设计加入l#Ni、V-Cr, N-Cr, J-Mn, Fe_Mo、硅铁、J-Al、Si-Ca进行合金化冶炼。
6.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，步骤c的轧制热加工保温时间优选采用不低于5小时。
7.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，采用非真空感应炉或电弧炉+炉外精炼+真空精炼中的其中一种进行冶炼，所述的非真空感应炉是指采用电磁感应加热对应的冶炼炉型；所述的电弧炉+炉外精炼+真空精炼是指采用电弧加热初炼，然后钢包电弧加热并调整成分，最后进行真空脱碳保铬、去气。
8.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，钢板的屈服强度为400-430Mpa，抗拉强度 800-830Mpa。
9.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述固溶处理是指热轧后的材料经过加热保温快冷处理，使得合金元素溶解到晶粒中并细化晶粒，以达到改善合金综合性能的目的。
全文摘要
本发明公开了一种新型奥氏体节镍耐热钢板及其制造方法，该方法的特点在于，经过对耐热钢板的冶炼、锻造、轧制以及固溶处理及表面处理等工艺步骤，制造了重量百分比含量为碳≤0.15％、硅1.0～3.50％、锰≤2.0％、硫≤0.030％、磷≤0.040％、铬23.0～26.0％、钼0.5～1.2％、镍12.0～15.0％、氮0.10～0.35％，余量为铁的新型奥氏体节镍耐热钢板。使用该方法制造的耐热钢板节约镍资源，且高温持久强度、抗高温氧化能力和耐介质腐蚀能力得到提高。
文档编号C22C38/58GK102888568SQ201210339620
公开日2013年1月23日 申请日期2012年9月14日 优先权日2012年9月14日
发明者郭晓军, 王利伟, 林华, 彭声通, 周茂华 申请人:攀钢集团江油长城特殊钢有限公司