低铬镍耐热钢及其热处理方法
【专利摘要】本发明公开了一种低铬镍耐热钢，按质量百分比计，其中所含有的元素包括Cr0.9～1.2％、Si 0.17～0.37％、Mn0.4～0.7％、Ni0.1～0.3％、C 0.08～0.15％、N0.001～0.035％、V0.15～0.3％。优选的，按质量百分比计，含有Cr1.05％、Si 0.29％、Mn0.61％、Ni0.1％、C0.11％、N0.035％、V0.22％。本发明所得到钢材的力学性能较好，在持久拉伸时，具有高的塑性。且工艺性和焊接性良好。尤其是配合本发明提供的热处理方法，处理后的钢材，具有较好的热强性。本发明所得耐热钢使用温度在580℃时，仍然具有很高的热强性和抗氧化性，蠕变极限与持久强度数值相近。本发明所得到的钢材可用于制造工作温度580℃左右的高压设备中的过热钢管、导管、散热片及相关的锻件。
【专利说明】
低铬镍耐热钢及其热处理方法
技术领域
[0001] 本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种低铬镍耐热钢及其热处理方法。
【背景技术】
[0002] 耐热钢是在高温下具有较高的强度和良好的化学稳定性的合金钢。耐热钢按其性 能可分为抗氧化钢和热强钢两类。抗氧化钢又简称不起皮钢。热强钢是指在高温下具有良 好的抗氧化性能并具有较高的高温强度的钢。耐热钢常用于制造锅炉、汽轮机、动力机械、 工业炉和航空、石油化工等工业部门中在高温下工作的零部件。这些部件除要求高温强度 和抗高温氧化腐蚀外，根据用途不同还要求有足够的韧性、良好的可加工性和焊接性，以及 一定的组织稳定性。
[0003] 现有技术中，奥氏体耐热钢大多采用高温固溶热处理，以获得良好的冷变形性。奥 氏体热强钢则先用高温固溶处理，然后在高于使用温度60~100°C条件下进行时效处理，使 组织稳定化，同时析出第二相，以强化基体。耐热铸钢多在铸态下使用，也有根据耐热钢的 种类采用相应的热处理的。例如日本株式会社在中国申请的一件专利CN1749427A，公开了 一种耐热钢、耐热钢的热处理方法以及高温汽轮机转子，该耐热钢是一种按重量百分比计 由0.25~0.35的C、0.15或更少的Si、0.2~0.8的Μη、0·3~0.6的Ni、1.6~1.9的Cr、0.26~ 0.35的￥、0.6~0.9的]?〇、0.9~1.4的1、低于0.01的1^、0.001~0.007的1总量为1.3~1.4 的Mo和W/2以及余量的Fe和不可避免的杂质所组成的耐热钢，其中在回火热处理之后，该耐 热钢贝氏体单相组织组成，确保按重量百分比计1.0或更多的Fe、0.8~0.9的Cr、0.4~0.5 的Mo、0.3~0.5的W以及0.2或更多的V移入沉淀物，并且沉淀物总量为3.5或更高。又如，专 利CN102586550A公开了一种不锈钢耐热钢锻件热处理方法，该方法在调质处理前增加一道 退火步骤，所述退火步骤中，将不锈钢耐热钢锻件以30-80 °C /h的速度加热到900-940 °C并 保温7-9小时，然后随炉冷却到450-550 °C后出炉空冷。
【发明内容】
[0004] 发明目的:针对现有技术中存在的问题，本发明提供了 一种新型的低铬镍耐热钢。
[0005] 技术方案:本发明所提供的低铬镍耐热钢，其成分中含有0、51、111、附、(：、1￥。其 中的Cr和Si这些铁素体形成的元素，能在高温下能促使金属表面生成致密的氧化膜，防止 其继续氧化，是提高钢的抗氧化性和抗高温气体腐蚀的主要元素。但Si含量过高会使室温 塑性和热塑性严重恶化，因此本发明中Si 0.17~0.37%能显著提高低合金钢的再结晶 温度，其含量为1%左右时效果最好。Μη和Ni可以形成和稳定奥氏体，能提高奥氏体钢的高 温强度和改善抗渗碳性，但是如果用量或配比不恰当，反而会损害了耐热钢的抗氧化性，因 此本发明中Μη的含量在0.4~0.7 %较为合适，Ni的含量在0.1~0.3 %较为合适。
[0006] 本发明中的C和N可以扩大和稳定奥氏体，从而提高耐热钢的高温强度，尤其是本 发明的耐热钢中含有Cr和Mn，在Cr和Μη较多的情况下，可显著提高氮的溶解度，并可利用氮 合金化以代替价格较贵的Ni，减少Ni的用量。V是强碳化物形成元素，能形成细小弥散的碳 化物，提高钢的高温强度，本发明中V的含量控制在0.15~0.3%。
[0007] 具体的，本发明所述的耐热钢，按质量百分比计，其中所含有的元素包括CrO.9~ 1.2%、Si 0.17~0·37%、Μη 0.4~0.7%、Ni 0.1 ~0.3%、C 0.08~0·15%、Ν 0.001 ~ 0.035%、V 0.15~0.3%。优选的，按质量百分比计，含有Cr 1.05%、Si 0·29%、Μη 0.61%、Ni 0.1%、C 0·11%、Ν 0.035%、V 0.22%。
[0008] 由于本发明所提供的耐热钢中镍铬含量低于常规的钢，因此，其热处理过程也较 为特殊。本发明还提供了上述耐热钢的热处理方法，其特征在于依次进行去应力退火、退 火、正火、第一次回火、淬火、第二次回火。
[0009] 所述的去应力退火加热温度为600~650°C，空气中冷却。所述的退火加热温度为 960~980°C，在空气中冷却。所述的正火加热温度为960~1000°C，空气中冷却。所述的第一 次回火加热温度为650~700°C，空气中冷却。所述的淬火加热温度为960~980°C，水冷后油 冷。所述的第二次回火加热温度为730~750°C，水中冷却。
[0010]有益效果:本发明所得到钢材的力学性能较好，在持久拉伸时，具有高的塑性。且 工艺性和焊接性良好。尤其是配合本发明提供的热处理方法，处理后的钢材具有较好的热 强性。本发明所得耐热钢使用温度在560~580°C时，仍然具有很高的热强性和抗氧化性，蠕 变极限与持久强度数值相近。本发明所得到的钢材可用于制造工作温度580°C左右的高压 设备中的过热钢管、导管、散热片及相关的锻件。
【具体实施方式】：
[0011] 实施例1
[0012] 钢材元素配比（质量百分比）：Cr0.9%、Si 0.17%、Mn0.4%、Ni0.1%、C 0.08%、 N0.001%、V0.15%。
[0013] 热处理过程：
[0014] 去应力退火:加热温度为600~650°C，空气中冷却。
[0015] 退火:加热温度为960~980°C，在空气中冷却。所述的正火加热温度为960~1000 °C，空气中冷却。
[0016] 第一次回火:加热温度为650~700°C，空气中冷却。
[0017] 淬火:加热温度为960~980°C，水冷后油冷。
[0018] 第二次回火:加热温度为730~750°C，水中冷却。
[0019] 实施例2
[0020] 钢材元素配比（质量百分比）：Crl.2%、Si 0.37%、Mn0.7%、Ni0.3%、C0.15%、 N0.035%、V0.3%。
[0021] 热处理过程：
[0022] 去应力退火:加热温度为600~650°C，空气中冷却。
[0023] 退火:加热温度为960~980°C，在空气中冷却。所述的正火加热温度为960~1000 °c，空气中冷却。
[0024] 第一次回火:加热温度为650~700°C，空气中冷却。
[0025] 淬火:加热温度为960~980°C，水冷后油冷。
[0026] 第二次回火:加热温度为730~750°C，水中冷却。
[0027] 实施例3
[0028] 钢材元素配比（质量百分比）：Cr 1 · 05%、Si 0 · 29%、MnO · 61 %、NiO · 1 %、C0 · 11 %、 N0.035%、V0.22%。
[0029] 热处理过程：
[0030] 去应力退火:加热温度为600~650°C，空气中冷却。
[0031] 退火:加热温度为960~980°C，在空气中冷却。所述的正火加热温度为960~1000 °c，空气中冷却。
[0032]第一次回火:加热温度为650~700°C，空气中冷却。
[0033] 淬火:加热温度为960~980°C，水冷后油冷。
[0034] 第二次回火:加热温度为730~750°C，水中冷却。
[0035]由于去应力退火对于本发明所得钢材的力学性能影响较大，我们对去应力退火的 加热温度进行了单因素试验，改变加热温度从350~750°C，其结果见表1。
[0036]表1去应力退火的加热温度对钢材的影响 [0037]
[0038]从表中可以看出，较佳的温度范围是600~650°C。
[0039] 将实施例3所得到的耐热钢与常规的耐热钢相比较，进行耐热性能测试，其结果见 表2。
[0040] 表2耐热性能对比试验
[0041]
[0042]从表中可以看出，常规耐热钢在500 °C以上力学性能下降较为明显，这是因为在高 温下长期运行会出现碳化物球化，从而影响钢材的力学性能。而本发明所得的耐热钢，可以 在560~580°C的高温下，其力学性能依然能够满足其使用的要求。
【主权项】
1. 一种低铬镍耐热钢，其特征在于按质量百分比计，其中所含有的元素包括CrO. 9~ 1.2%、Si 0.17~0·37%、Μη 0.4~0.7%、Ni 0.1 ~0.3%、C 0.08~0·15%、Ν 0.001 ~ 0.035%、V 0.15~0.3%〇2. 根据权利要求1所述的低铬镍耐热钢，其特征在于按质量百分比计，其中所含有的元 素包括：Cr 1.05%、Si 0.29%、Mn 0.61%、Ni 0.1%、C 0.11%、N 0.035%、V 0.22%。3. 权利要求1所述低铬镍耐热钢的热处理方法，其特征在于依次进行去应力退火、退 火、正火、第一次回火、淬火、第二次回火。4. 根据权利要求5所述的热处理方法，其特征在于所述的去应力退火，加热温度为600 ~650°C，空气中冷却。5. 根据权利要求5所述的热处理方法，其特征在于所述的退火，加热温度为960~980 °C，在空气中冷却。6. 根据权利要求5所述的热处理方法，其特征在于所述的正火，加热温度为960~1000 °C，空气中冷却。7. 根据权利要求5所述的热处理方法，其特征在于所述的第一次回火，加热温度为650 ~700°C，空气中冷却。8. 根据权利要求5所述的热处理方法，其特征在于所述的淬火，加热温度为960~980 °C，水冷后油冷。9. 根据权利要求5所述的热处理方法，其特征在于所述的第二次回火，加热温度为730 ~750°C，水中冷却。
【文档编号】C22C38/02GK105970108SQ201610365660
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月27日
【发明人】张斌
【申请人】江苏金基特钢有限公司