铁素体耐热不锈钢及其制备方法与流程

本发明涉及不锈钢制备
技术领域：
，尤其涉及一种铁素体耐热不锈钢及其制备方法。
背景技术：
：随着火电机组的不断发展，现有的火电机组主要为大容量高效率火电机组，通常为1000mv以上超超临界机组。在火电机组中，锅炉是其中最重要的构成部件之一，锅炉的性能优劣对整个电厂安全经济运行有着极其重要的作用。火电机组中的锅炉包括过热器、再热器、水冷壁、联箱管道、以及相应的连接件，其结构复杂，需要消耗大量钢材。目前600℃参数锅炉不同温度段受热面过热器和再热器等锅炉管材料较为成熟，性能基本符合使用需求，但锅炉管之间的吊架等连接件由于直接接触炉膛，需要承受温度为1000℃以上的高温煤灰冲蚀，要求连接件同时具有优良的抗高温氧化性能、冲击韧性、低膨胀系数和焊接性能。公开号为cn105256247b、名称为《用于燃煤火力发电锅炉管路及阀门类铸件的铁素体类耐热钢》的中国专利文献公开了一种铁素体类耐热钢，该铁素体类耐热钢在传统铁素体耐热钢t91的基础上，通过添加微量的ni、mn、mo、al等元素提高耐热钢的强度和抗高温腐蚀性能，但该材料在1000℃以上温度使用时抗氧化性能较差。公开号为cn105506489a、名称为《抗高温氧化的铁素体耐热不锈钢及其制造方法》的中国专利文献公开了一种铁素体耐热不锈钢，该铁素体耐热不锈钢采用cr18体系，同时通过调节钢中c含量，增加稀土元素以提高钢种抗高温氧化性能，加入nb和w元素，以保证钢的高温力学性能强度，加入ti以提高焊接性，然而该材料为了降低浇铸难度，使得该铁素体耐热不锈钢在高温使用环境下氧化膜的结构不稳定，抗氧化性能较差。公开号为cn103131951a、名称为《铁素体耐热钢》的中国专利文献公开了一种铁素体耐热钢，该铁素体耐热钢在9cr钢的基础上，通过将cr提高到13％左右，同时复合添加w、co、mo、nb、v等元素提高耐热钢的抗氧化性及强度，然而其中w、co、mo价格昂贵，且容易在加工和使用过程中形成有害析出相，使性能急剧恶化。因此，有必要提供一种在高温环境下具有优良的抗高温氧化性能、冲击韧性、低膨胀系数和焊接性能的铁素体耐热不锈钢，以满足锅炉的使用需求。技术实现要素：为解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种铁素体耐热不锈钢及其制备方法。为此本发明公开了一种铁素体耐热不锈钢。该铁素体耐热不锈钢包括按重量百分比计的如下化学成分：c：0.06～0.11％，si：0.7～1.2％，mn：0.6～1.0％，cr：17.0～19.0％，al：0.7～1.2％，n：0.005～0.015％，其余为fe和不可避免杂质。进一步地，在所述铁素体耐热不锈钢中，所述铁素体耐热不锈钢包括按重量百分比计的如下化学成分：c：0.07～0.09％，si：0.8～1.0％，mn：0.7～0.9％，cr：17.5～18.5％，al：0.8～1.1％，n：0.007～0.012％，其余为fe和不可避免杂质。此外，本发明还公开了一种用于制造上述铁素体耐热不锈钢的铁素体耐热不锈钢制备方法。该制备方法包括如下步骤：1)冶炼依次采用铁水预处理、k-obm-s、vod精炼和lf工艺冶炼出符合上述铁素体耐热不锈钢成分的钢水；其中：所述铁水预处理后的钢水温度为1250～1350℃；所述k-obm-s全程吹氩气，出钢温度为1650～1690℃，钢包渣厚度为30～80mm；所述vod精炼中，沸腾时间为12～18min，还原时间为15～20min；所述lf的精炼渣系包括按重量百分比计的如下成分：cao：≥60％，al2o3：≥30％，sio2：≤1％；所述lf中，弱搅拌前5min喂硅钙线，所述硅钙线喂入量为3～4m/吨，所述弱搅拌时间为15min，所述lf总处理时间为45min以上，出钢温度为1560～1580℃；2)连铸钢水开浇前采用氩气清空中间包空气，连铸过程中全程吹氩气；3)铸坯修磨在400℃以上完成铸坯表面热修磨、切割和定尺；4)热轧热轧前坯料入炉温度控制为250℃以上，所述热轧的加热温度为1160～1220℃，加热时间为0.8～1.2min/mm，所述热轧的终轧温度为750～800℃；5)热处理所述热处理的加热温度为800～850℃，保温时间为4～5min/mm，出炉采用空冷。进一步地，在所述铁素体耐热不锈钢制备方法中，所述vod精炼中，在最后一次加入铝后进行搅拌，搅拌时间为5～8min。进一步地，在所述铁素体耐热不锈钢制备方法中，所述连铸中，启动电磁搅拌，电磁搅拌参数为900～1100a。进一步地，在所述铁素体耐热不锈钢制备方法中，所述热轧中，单道次轧制变形量根据实际轧制设备进行设定。进一步地，在所述铁素体耐热不锈钢制备方法中，所述单道次轧制变形量为18％以上。进一步地，在所述铁素体耐热不锈钢制备方法中，所述单道次轧制变形量为18～28％。本发明技术方案的主要优点如下：本发明提供的铁素体耐热不锈钢及其制备方法通过加入al和n，能够提高不锈钢的高温抗氧化性能，同时对c、si、mn和cr的含量进行调整控制，能够生产出具有优异的抗高温氧化性能、冲击韧性、低膨胀系数和焊接性能的铁素体耐热不锈钢，能够用于制造超超临界火电机组锅炉连接件。附图说明此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：图1为本发明实施例1所得成品铁素体耐热不锈钢板材的微观组织图。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。以下结合附图，详细说明本发明实施例提供的技术方案。本发明实施例提供了一种铁素体耐热不锈钢，该铁素体耐热不锈钢包括按重量百分比计的如下化学成分：c：0.06～0.11％，si：0.7～1.2％，mn：0.6～1.0％，cr：17.0～19.0％，al：0.7～1.2％，n：0.005～0.015％，其余为fe和不可避免杂质。优选地，铁素体耐热不锈钢还可以包括按重量百分比计的如下化学成分：c：0.07～0.09％，si：0.8～1.0％，mn：0.7～0.9％，cr：17.5～18.5％，al：0.8～1.1％，n：0.007～0.012％，其余为fe和不可避免杂质。在本发明实施例提供的铁素体耐热不锈钢的成分设计中，各个合金元素的范围限定的效果具体如下：c：c可以与钢中合金元素形成如m23c6和m7c3的碳化物，进而起到析出强化的作用，能够提高高温强度和韧性，而塑性和韧性则会相应下降，但当c含量过高时，碳化物粗化会造成抗氧化性以及焊接性能下降。因此，本发明实施例提供的铁素体耐热不锈钢中c含量限定在0.06～0.11％，优选为0.07～0.09％。si：si是一种可以强化铁素体的元素，在高温条件下能与氧接触，形成尖晶石结构的氧化物，可以和基体紧密结合，既可以改善不锈钢的耐热性，又可以提高不锈钢的耐高温氧化性，同时si还起到脱氧的作用，但过高的si含量会促进有害相析出，降低韧性，对焊接性能不利。因此，本发明实施例提供的铁素体耐热不锈钢中si含量限定在0.7～1.2％，优选为0.8～1.0％。mn：mn作为冶炼时的脱氧、脱硫剂添加，可大幅提高纯净度，同时可以和fe形成固溶体，进而提高钢的强度和硬度，但当添加量过大时，会影响不锈钢的热加工性和焊接性能。因此，本发明实施例提供的mn含量限定为0.6～1.0％，优选为0.7～0.9％。cr：cr是最重要的铁素体形成元素，在高温下cr能与氧反应生成cr2o3，阻止外部氧的进一步侵入，可大幅提高不锈钢的抗高温氧化性能，但当cr含量在19％以上时，再提高效果不明显，同时cr含量过高时，容易在长时间高温使用时产生大量有害σ相，降低组织稳定性。因此，本发明实施例提供的铁素体耐热不锈钢中cr含量限定为17～19％，优选为17.5～18.5％。al：al在高温下可形成致密坚固的al2o3，且不具有挥发性，与cr2o3氧化膜紧密结合形成复合氧化膜，可大幅增强材料高温抗氧化性。同时，al在钢中与n结合生成的aln会在加热时具有较高稳定性，减弱钢的过热倾向，使材料的抗氧化性能得到改善。但是，过高的al含量会导致材料冲击韧性和焊接性能严重恶化。因此，al含量限定为0.7～1.2％，优选为0.8～1.1％。n：n可以与al元素共同形成强化相aln，少量添加可以提高高温抗氧化性，但过量的n会使韧性降低，同时增加加工难度。因此，n含量限定为0.005～0.015％，优选为0.007～0.012％。此外，本发明实施例还提供了一种用于制造上述铁素体耐热不锈钢的铁素体耐热不锈钢制备方法，该制备方法包括如下步骤：11)冶炼铁素体耐热不锈钢，其化学成分重量百分比为：c：0.06～0.11％，si：0.7～1.2％，mn：0.6～1.0％，cr：17.0～19.0％，al：0.7～1.2％，n：0.005～0.015％，其余为fe和不可避免杂质，依次采用铁水预处理、k-obm-s、vod精炼和lf工艺冶炼出符合上述铁素体耐热不锈钢成分的钢水；其中：铁水预处理后的钢水温度为1250～1350℃；k-obm-s全程吹氩气，出钢温度为1650～1690℃，钢包渣厚度为30～80mm；vod精炼中，沸腾时间为12～18min，还原时间为15～20min；lf的精炼渣系包括按重量百分比计的如下成分：cao：≥60％，al2o3：≥30％，sio2：≤1％；lf中，弱搅拌前5min喂硅钙线，硅钙线喂入量为3～4m/吨，弱搅拌时间为15min，lf总处理时间为45min以上，出钢温度为1560～1580℃；12)连铸钢水开浇前采用氩气清空中间包空气，连铸过程中全程吹氩气；13)铸坯修磨在400℃以上完成铸坯表面热修磨、切割和定尺；14)热轧热轧前坯料入炉温度控制为250℃以上，热轧的加热温度为1160～1220℃，加热时间为0.8～1.2min/mm，热轧的终轧温度为750～800℃；15)热处理热处理的加热温度为800～850℃，保温时间为4～5min/mm，出炉采用空冷。进一步地，在vod精炼中，在最后一次加入铝后进行搅拌，搅拌时间为5～8min。连铸中，启动电磁搅拌，电磁搅拌参数为900～1100a。热轧中，单道次轧制变形量根据实际轧制设备进行设定。具体地，单道次轧制变形量为18％以上，优选为18～28％。以下结合具体实施例和对比例进行说明本发明的铁素体耐热不锈钢的实施例及对比例成分参见表1。其中，对比例钢种为1cr6si2mo。表1(成分表，单位为重量百分比)成分csimnpscralnmo实施例10.1100.701.000.0160.00117.00.700.007实施例20.0600.790.850.0140.00117.50.780.005实施例30.0710.820.740.0130.00118.40.860.008实施例40.0931.050.690.0150.00119.01.020.010实施例50.0880.910.790.0160.00117.80.920.009实施例60.1021.200.600.0140.00118.21.200.012对比例0.0721.700.400.0250.0035.800.51图1为本发明实施例1所得成品铁素体耐热不锈钢板材的微观组织图。上述实施例的铁素体耐热不锈钢及对比例的具体制备方法如下：依次采用铁水预处理→k-obm-s→vod精炼→钢包精炼炉(lf)→连铸工艺冶炼出连铸坯，连铸板坯出连铸机后，在400℃以上完成表面热修磨、切割和定尺等工序，而后进行热轧，坯料入炉温度约320℃，加热温度1160～1220℃，加热时间根据坯料厚度不同设定为0.8-1.2min/mm，终轧温度750～800℃，单道次轧制变形量18～28％，热轧完成后进行热处理，热处理温度800～850℃，保温时间根据钢板厚度不同设定为4～5min/mm，出炉空冷。利用上述制备方法可生产出包括6mm、8mm、10mm、12mm、15mm、18mm和20mm等规格的钢板。对本发明的铁素体耐热不锈钢的实施例及对比例所得成品进行室温力学性能检测，检测结果参见表2。表2(室温力学性能表)对本发明的铁素体耐热不锈钢的实施例及对比例所得成品进行抗高温氧化性能试验，试验结果参见表3。表3(抗高温氧化性能表)可见，本发明实施例提供的铁素体耐热不锈钢的室温力学性能和抗高温氧化性能明显优于对比例。本发明实施例提供的铁素体耐热不锈钢及其制备方法通过加入al和n，能够提高不锈钢的高温抗氧化性能，同时对c、si、mn、p、s和cr的含量进行调整控制，能够生产出具有优异的抗高温氧化性能、冲击韧性、低膨胀系数和焊接性能的铁素体耐热不锈钢。需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。此外，本文中“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”均以附图中表示的放置状态为参照。最后应说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。当前第1页12