一种长寿命高合金耐热钢及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于高温用不镑钢或耐热钢金属材料领域，具体地，涉及一种长寿命高合 金耐热钢及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 现有310S耐热钢，其化学成分重量百分比为；C ;0. 04~0. 08%，Si ;0. 2~0. 6%， Μη ;0. 5 ~1. 50%，P《0. 045%，S《0. 003%，Ni ;19. 0 ~22. 0%，Cr ;24. 0 ~25. 0%，其 余为化和不可避免的杂质。
[0003] -般生产工艺流程概括如下：
[0004] 冶炼一板昆连铸一板昆表面修磨一板昆加热一带钢热社一带钢卷取一带钢退火、 酸洗一检查一卷取、包装。
[0005] 使用电炉巧巧、氮氧精炼炉（A0D)冶炼。仅依靠设备及工艺手段尽可能减少310S 耐热钢中的游离氧、氮。
[0006] 为提高310S耐热钢的抗氧化性能，现有的310S耐热合金化技术，有代表性的有耐 热钢A1合金化技术和耐热钢化学处理表面改性技术：
[0007] 《不同A1含量的310S耐热钢热社加工后的组织和力学性能》（兰州理工大学学报， 2012年10月）一文介绍了添加 A1的310S耐热钢用于更苛刻的高温条件使用。目前国内 外在高性能耐热钢方面的研究热点主要集中在奧氏体基体表面渗A1、制备金属问化合物、 媒基超合金和含A1奧氏体耐热钢送4个方面。添加 A1的奧氏体耐热钢的制备成本相对较 低，并且可W在基体表面形成更稳定的保护膜，从而可显著地提高材料的高温抗氧化性。另 夕F，A1元素的加入可W使基体内形成金属间化合物，送些第二相的存在促进了材料高温力 学性能的提局。
[0008] 《化学热处理表面改性310SS高温腐蚀行为》（中国腐蚀与防护学报，2002年2月） 一文介绍了固体粉未法渗测，对耐热钢的高温腐蚀效果无明显影响。
[0009] 对于上述铅合金化方法或表面渗测方法处理后得到的310S耐热钢，无法有效减 少钢中游离的氮、氧元素。钢中游离的氮、氧元素会对钢表面氧化膜产生影响，从而影响所 述310S耐热钢的抗氧化性。
[0010] 另外，为使得所述310S耐热钢具备优良的表面质量，现有310S耐热钢板昆表面修 磨使用同一粒度砂轮进行二遍表面修磨，砂轮修磨线速度在二次修磨中相同。不能很好的 保证修磨完成后表面的光泽程度。
[0011] 在高温巧00~l〇5(TC )条件下使用，钢表面会起皮，进而影响其在高温使用环境 下的使用寿命。现有310S耐热钢在900~105(TC下的使用寿命仅为12~18个月。
【发明内容】
[0012] 本发明的目的在于提供一种长寿命高合金耐热钢及其制造方法，该耐热钢通过在 310S耐热钢中添加 Ti使310S耐热钢中的游离氧含量和游离氮含量得到降低，减少钢中有 害的氧化物、氮化物夹杂的含量，提高310S耐热钢内在与外在表面质量，同时，与板昆修磨 工艺相配套，使所述高合金耐热钢高温使用寿命达到常规310S耐热钢的1倍W上。
[0013] 为达到上述目的，本发明的技术方案是：
[0014] 本发明向310S耐热钢中添加 Ti，与钢中游离碳形成TiC，与钢中游离的氮、氧形 成TiN、Ti〇2化合物。利用送种现象，使310S耐热钢中的游离氧含量和游离氮含量得到降 低，减少钢中有害的氧化物、氮化物等有害夹杂的含量，提高310S耐热钢内在与外在表面 质量，提高实际使用寿命。另外，改进修磨工艺，根据第一、二遍修磨的特点，采用不同粒度 的砂轮、不同的砂轮压力和速度，既保证了修磨程度，又获得了良好光滑的板昆表面，清除 了板昆表面的缺陷，使后续带钢生产能够顺利完成，并获得良好的带钢产品表面质量。
[0015] 具体地，本发明的一种长寿命高合金耐热钢，其化学成分重量百分比为；C: 0. 04 ~0. 08 %，Si ;0. 2 ~0. 6 %，Μη ;0. 5 ~1. 50 %，P《0. 045 %，S《0. 003 %，Ni : 19. 0 ~22. 0%，化；24. 0 ~25. 0%，0. 03%《N < 0. 05%'Ti 总；2Ti 有效~0. 2%，所述 Ti 有 效=3. 4214XN% +3. 8〇96XS%_ 0. 〇97,所述Ti,留为钢中Ti的总含量，所述Ti有效为钢中 Ti的有效含量，其余为化和不可避免的杂质。
[0016] 进一步，所述长寿命高合金耐热钢的使用温度为900~105(TC。
[0017] 另，所述长寿命高合金耐热钢在900~105(TC下的使用寿命为30~36个月。
[0018] 在本发明的长寿命高合金耐热钢成分设计中：
[0019] 碳是310S耐热钢中是基本成分之一。奧氏体不镑钢是强烈形成并稳定奧氏体且 扩大奧氏体区的元素。碳形成奧氏体的能力约为媒的30倍。碳是间隙元素，通过固溶强化 可显著提高奧氏体不镑钢的强度。对于高温条件下使用的310S耐热钢，碳在高温下有偏聚 效应，形成高碳含量的化合物聚集物，对耐热钢的高温长久寿命产生不利影响。因此从高温 强度和长期使用二方面考虑，钢中碳质量含量控制在0. 04%~0. 08%。
[0020] 館是奧氏体耐热钢中最主要的合金元素。館是强烈形成并稳定铁素体的元素，缩 小奧氏体区。随着钢中館含量的增加，奧氏体不镑钢中可能出现铁素体组织。在310S耐热 钢中媒含量配比充分，通过与其它奧氏体形成元素的配合与平衡，可W获得完全的奧氏体 组织。館还是强碳化物形成元素，由于钢中碳含量控制较低，館与碳化合物可W得到适当的 控制。館对奧氏体耐热钢性能最大影响是耐氧化性和高温耐蚀性。因此综合考虑本发明钢 中館质量含量控制在24 %~25%。
[0021] 媒是奧氏体不镑钢中的主要合金元素，其主要作用是形成耐热钢的完全奧氏体组 织，使钢具有良好的强度和塑性、初性的配合，并具有优良的冷、热加工性能和冷成形性W 及焊接、低温与无磁等性能；同时提高奧氏体不镑钢的热力学稳定性。媒是强烈形成并稳定 奧氏体的元素，可W扩大奧氏体相区。为了获得单一的奧氏体组织。在奧氏体不镑钢中随 着媒含量的增加，残余铁素体可W完全消除，并显著降低σ相形成的倾向；同时马氏体转 变温度降低，甚至可不出现Υ - Μ相变。媒对奧氏体不镑钢力学性能的影响是通过对奧氏 体稳定性来决定的。随着媒含量的提高，导致钢的热力学稳定性增加。因此奧氏体不镑钢 具有更好的不镑性和耐氧化性介质的性能。从耐热性、奧氏体组织稳定性及经济性考虑，本 发明钢中媒质量含量控制在19.0%~20.0%。
[0022] 氮是强烈形成并稳定和扩大奧氏体相区的元素。形成奧氏体的能力与碳相当，约 为媒的30倍。氮在奧氏体不镑钢中可W代替部分媒，增加氮可W降低钢中的铁素体含量， 可w使奧氏体组织更加稳定，甚至可避免出现马氏体转变。在館媒奧氏体不镑钢中，氮含量 的增加形成化2N型氮化物。氮还可抑制碳化物析出和延缓σ (X)相的形成。作为间隙元 素，氮固溶强化作用很强，因而氮的加入可显著提高奧氏体不镑钢的强度。适量氮可提高 奧氏体不镑钢耐晶间腐蚀和晶间应力腐蚀性能。氮作为表面活性元素优先沿晶界偏聚，抑 制并延缓络碳化物的析出，降低晶界館的贫化程度，改善表面膜的性能，使表面膜中富館， 提高钢的纯化能力及纯态稳定性。根据氮的综合作用，本发明钢中氮质量含量控制在小于 0. 05%。
[0023] 娃是强烈形成铁素体的元素。在奧氏体不镑钢中，随着娃含量的提高，铁素体含 量将增加，同时金属间相也会加速形成和增多，从而影响钢的性能。在正常娃含量范围内， 娃含量增加将降低館媒奧氏体不镑钢耐硝酸性能，并且显著提高钢的固溶态晶间腐蚀敏感 性，娃在钢中沿晶界偏聚。高娃奧氏体不镑钢含娃4%~6%，表面富娃氧化膜的形成，提高 了氧化膜的稳定性。现有310S耐热钢