專利名稱：：一種耐高溫、抗蝕不銹鋼、其制造方法及應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于冶金領(lǐng)域，涉及耐熱不銹鋼及其制造方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
：耐熱不銹鋼是一種具有耐高溫、抗氧化、抗疲勞并在高溫具有較高變形抗力的不銹鋼。不銹鋼由于含Cr，與碳鋼、低合金鋼相比，抗高溫腐蝕性強，并且奧氏體高溫強度大，所以在很多場合中被用做耐熱鋼，馬氏體型或鐵素體型耐熱鋼蠕變強度從500—55(TC便急劇下降，但奧氏體耐熱鋼直到70(TC附近蠕變強度仍舊很高，所以對耐熱性能要求較高的設(shè)備一般都采用奧氏體耐熱鋼制造，通常采用的奧氏體耐熱鋼有309、310等牌號(見表l)。表1309、310牌號耐熱鋼的化學成份<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>上述現(xiàn)有的耐熱不銹鋼采用電弧爐冶煉，澆注成小鋼錠鍛造開坯和軋鋼機軋制成材的工藝進行制造，具體步驟依次為煉鋼、鍛造開坯、軋制成材、熱處理，最后形成產(chǎn)品。其中，電弧爐冶煉完成之后澆注成600Kg—1300Kg小鋼錠；鍛造開坯過程要進行多個(4一5)火次(加熱一鍛造一回爐，循環(huán)一次稱為一個火次)。這種制造工藝存在如下問題1)澆注錠型較小，降低了產(chǎn)品的成材率；2)采用鍛造開坯生產(chǎn)，冶金制造廠的鍛造開坯成本較高；3)鍛造開坯需要4一5個火次進行，增加了能耗，提高了成本；4)屈服強度、塑性延伸率、截面收縮率、碳化物不均勻度等主要性能指標偏低。申請?zhí)朇N02813138.X(公開號CN1524130)的中國專利申請公開了一種用作排放汽車廢氣的管道構(gòu)件的鐵素體不銹鋼，所述的不銹鋼的組成為C最高達0.03質(zhì)量％、Si最高達1.0質(zhì)量％、Mn最高達1.5質(zhì)量％、Ni最高達0.6質(zhì)量％、1020質(zhì)量X的Cr、Nb最高達0.50質(zhì)量X、0.82.0質(zhì)量％的Cu、Al最高達0.03質(zhì)量％、0.030.20質(zhì)量％的V、N最高達0.03質(zhì)量X以及余量除不可避免的雜質(zhì)外為鐵，并滿足條件Nb》8(C+N)。這種不銹鋼屬Fe—Cr系鐵素體不銹鋼，鐵素體不銹鋼有較好抗氧化性，但脆性較大。申請?zhí)朇N200410061304.5，(公開號一CN1616688)的中國專利申請公開了一種不銹鋼退火保護內(nèi)罩，包括有一筒狀的罩體，罩體由封頭和筒體焊接而成，其特征在于所述的罩體由高鉻鎳基耐熱合金鋼制成，所述的高鉻鎳基耐熱合金鋼成分按重量計含有鎳18.5-20.0%，鉻24.0-27.0%,硫小于0.03%,磷小于0.035%，錳小于1.50%，硅1.50-2.0%，碳0.04-0.腦，氮0.04-0.075%，鐵余量。這種不銹鋼屬于奧氏體耐熱鋼，但其耐高溫蠕變性能和高溫持久性能并不高。
發(fā)明內(nèi)容隨著工業(yè)技術(shù)發(fā)展，使用環(huán)境的更加特殊和惡劣，對耐熱不銹鋼提出了更高要求。例如，全氫罩式爐的電機軸使用最高溫度達到900°C，要求不銹鋼的穩(wěn)定性提高，否則會影響電機壽命，影響生產(chǎn)。因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種耐高溫、抗蝕不銹鋼。本發(fā)明的另一個目的是提供這種耐高溫、抗蝕不銹鋼的制造方法。本發(fā)明的另一個目的是提供這種耐高溫、抗蝕不銹鋼在制造耐高溫爐軸上的應(yīng)用。本發(fā)明提供的耐高溫、抗蝕不銹鋼，其成分重量百分比為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%，其余為Fe和不可避免雜質(zhì)。在奧氏體不銹鋼中C是強烈形成并穩(wěn)定奧氏體并擴大奧氏體區(qū)的元素，C又是一種間隙元素，通過固溶強化可顯著提高奧氏體不銹鋼的強度。但是，隨著C含量的增加，耐蝕性也下降，綜合二方面的因素，C含量以0.15-0.25wt呢為宜。Mn對于奧氏體不銹鋼的作用與Ni相似，是比較弱的奧氏體形成元素，但具有強烈穩(wěn)定奧氏體的作用，在鉻鎳奧氏體不銹鋼中，隨著Mn含量增加強度增加，另外Mn在煉鋼時，是一種脫氧劑，和硫有較強的親合力，一定含量的Mn可改善不銹鋼的熱塑性。但研究表明，MnS使鉻鎳奧氏體不銹鋼中耐氯化物點蝕和縫隙腐蝕能力下降。因此，本發(fā)明的不銹鋼中Mn的含量以1.50-2.50X為宜。Ni是奧氏體不銹鋼中的主要合金元素，其主要作用是形成穩(wěn)定奧氏體，使鋼獲得完全奧氏體組織，從而使鋼具有良好的強度和塑性、韌性的配合，而且，Ni含量的提高有宜于耐酸性和抗高溫氧化性的提高。主要因為改善了Cr的氧化膜的成分、結(jié)構(gòu)和性能。但是，Ni的存在使鋼的抗高溫硫化性能降低，并且越高對此性能越有害。因此，本發(fā)明的不銹鋼中Ni的含量以11.00-13.00%為宜。Cr是奧氏體不銹鋼中的主要合金元素，是強烈形成并穩(wěn)定鐵素體的元素，縮小奧氏體區(qū)。Cr生成氧化鉻，形成了鋼的鈍化膜，Cr對奧氏體不銹鋼性能影響最大是耐蝕性，Cr的提高能顯著提高鋼的抗氧化性。因此，本發(fā)明的不銹鋼中Cr的含量以19.00-22.00%為宜。在奧氏體不銹鋼中Si得含量一般在0.8-1.0%以下，作為合金元素，Si對含Cr鋼的抗氧化性能有顯著提高，但Si的含量過大帶來了熱加工性能變差、鋼晶粒粗化及脆性傾向增大等問題。因此，本發(fā)明的不銹鋼中Si的含量以1.50-2.50%為宜。雜質(zhì)元素磷是鋼中的有害元素，增加鋼的脆性，降低鋼的沖擊韌性，硫元素在一定的程度上容易造成鋼的加工性能的惡化，P、S在鋼中應(yīng)盡可能降低，本發(fā)明的不銹鋼中控制P《0.020wt%、S《0.015wt%。本發(fā)明主要是在奧氏體基礎(chǔ)上添加微量合金元素Nb、V、Ti碳化物形成元素，通過固溶處理工藝中碳化鈮、碳化釩、碳化鈦的沉淀來完成晶粒細化。采用此工藝在較高溫度，進行固溶處理時也能獲得細晶粒。本發(fā)明不銹鋼的一個優(yōu)選實施方案是采用真空冶煉+電渣重熔煉鋼工藝、快鍛+徑鍛聯(lián)合鍛造工藝及固溶處理工藝制造出的鍛棒。所述鍛棒較佳為O120—200的鍛棒。本發(fā)明提供的耐高溫、抗蝕不銹鋼的制造方法包括真空冶煉+電渣重熔煉鋼工藝、鍛造工藝及固溶處理工藝。本發(fā)明制造方法的一個優(yōu)選實施方案是在煉鋼工藝中還包括二次精煉。通過選用精料和二次精煉生產(chǎn)出P、S含量較低的耐熱鋼。本發(fā)明制造方法的一個優(yōu)選實施方案是包括真空冶煉+電渣重熔煉鋼工藝、快鍛+徑鍛聯(lián)合鍛造工藝及固溶處理工藝。本發(fā)明在309牌號耐熱鋼(Cr23—Nil3—Fe)的基礎(chǔ)上通過調(diào)整成份、添加合金細化晶粒，并采用真空冶煉+電渣重熔煉鋼工藝及快鍛+徑鍛聯(lián)合作業(yè)的鍛造工藝，制造出①120—200鍛棒。本發(fā)明工藝制得的鍛棒不但有較好的抗氧化性能，而且比一般309耐熱不銹鋼有更好的高溫蠕變性能和高溫持久性能。應(yīng)用于耐高溫達90(TC熱處理爐軸，具有耐高溫、抗氧化、變形小等特性。因此，本發(fā)明還提供按本發(fā)明的成分配比和工藝制得的耐高溫、抗蝕不銹鋼在制造耐高溫爐軸上的應(yīng)用。本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點1.化學成分的配比更加合理，C含量考慮奧氏體不銹鋼的強度和耐蝕性定為中下限；Cr是耐蝕和耐氧化主要元素，控制在19.00-22.00wt%;Ni控制在中等含量范圍11.00-13.00wt%，使既有抗高溫抗氧化性又有抗高溫硫化性；Mn、Si的含量都有所提高，從而提高了鋼材的強度和耐氧化性；添加Nb、V、Ti碳化物形成元素，提高高溫持久強度和蠕變強度。2.合理的化學成分配比和先進的制造工藝使得鋼的性能指標明顯提升，屈服強度從620MPa增加至695MPa、塑性延伸率從45%提高到51。％?？傊?，本發(fā)明的耐高溫、抗蝕不銹鋼與國外同類材料相比，室溫力學性能、持久試驗和蠕變試驗結(jié)果均有明顯提高。圖1、圖2是根據(jù)本發(fā)明化學成份配比和工藝制造方法生產(chǎn)的耐高溫爐軸用鋼的金相顯微組織照片。具體實施例方式下面用實施例對本發(fā)明作進一步闡述。應(yīng)當理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而非對本發(fā)明有任何限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員在本說明書的啟示下對本發(fā)明實施中所作的任何變動都將落在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。實施例1一3選擇高質(zhì)量C、Cr、Ni、Fe等金屬原料，進行真空冶煉。真空度達到《2.7Pa時可加大功率進行熔化；精煉期真空度盡量達到2.7Pa，熔池平靜，精煉25分鐘。精煉畢，關(guān)畢真空閥門充Ar6666pa，加Si、Mn、Nb、V、C，Nb、V分別按O.IO%配入，加合金料時分批緩慢加入，一種合金熔清后，再加下一種合金。加料畢，待C熔清后，進行高、低功率交替攪拌，C熔清后IO分種出鋼，出鋼前測溫取樣。出鋼溫度1520±10°C，充Ar保護澆注，澆4325電極。采用三七渣系(CaF2:Al2O3-70:30)重熔電渣成4)500電渣錠，鍛壓加熱溫度11401160°C，保溫5小時，2000t快鍛機一火鍛成280X280八角，鍛壓比3.1倍，再加熱U40116(TC,保溫1.5小時，徑鍛機鍛成4>130，鍛壓比4.6倍，總的鍛壓比達7.7倍，用快徑鍛聯(lián)合作業(yè)，獲得較大的鍛制壓縮比，從而能改善化學成分的偏析有利于鋼材的內(nèi)部成分的均勻性。為了獲得均勻組織性能，采用井式爐固溶處理，加熱溫度1150—117(TC，保溫4.5小時，油淬。成品的化學成份見表2，成品的機械性能見表3。成品的金相顯微組織結(jié)構(gòu)見圖l、圖2。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>圖1和圖2所示金相顯微組織結(jié)構(gòu)顯示了奧氏體+碳化物組織，晶粒度5.0-6.0級,個別4.0級，這種較細晶粒奧氏體組織中彌散分布了碳化物，對鋼材的蠕變和持久性能起到了提升作用。在使用條件下，耐熱鋼的工作能力取決于高溫和應(yīng)力作用下金屬抗變形的能力，主要根據(jù)它的持久強度極限和蠕變極限來評價。本發(fā)明的鋼材中添加微量合金元素Nb、V、Ti碳化物形成元素，通過固溶處理工藝中碳化鈮、碳化釩、碳化鈦的沉淀來完成晶粒細化。這樣的晶粒細化和彌散強化程度的提高，都可提高高溫持久強度和蠕變強度。表4、表5和表6是本發(fā)明的不銹鋼與國外同類材料進行室溫力學性能、持久試驗和蠕變試驗比較的結(jié)果。表4與國外同類材料室溫力學性能比較<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表5與國外同類材料持久試驗比較<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表6與國外同類材料蠕變試驗比較<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>從表4、表5和表6可以看出，本發(fā)明的耐高溫、抗蝕不銹鋼與國外同類材料相比，室溫力學性能、持久試驗和蠕變試驗結(jié)果均有明顯提高。權(quán)利要求1.一種耐高溫、抗蝕不銹鋼，其成分重量百分比為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％，其余為Fe和不可避免雜質(zhì)。2.如權(quán)利要求l所述的不銹鋼，所述不銹鋼是采用真空冶煉+電渣重熔煉鋼工藝、快鍛+徑鍛聯(lián)合鍛造工藝及固溶處理工藝制造出的鍛棒。3.如權(quán)利要求2所述的不銹鋼，其中所述鍛棒為①120—200的鍛棒。4.權(quán)利要求1所述不銹鋼的制造方法，包括真空冶煉+電渣重熔煉鋼工藝、鍛造工藝及固溶處理工藝。5.如權(quán)利要求4所述的制造方法，其中所述煉鋼工藝還包括二次精煉。6.如權(quán)利要求4所述的制造方法，其中所述鍛造工藝包括快鍛+徑鍛工藝。7.權(quán)利要求1或2所述不銹鋼在制造耐高溫爐軸上的應(yīng)用。全文摘要本發(fā)明提供一種耐高溫、抗蝕不銹鋼，其成分重量百分比為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％，其余為Fe和不可避免雜質(zhì)。其制造方法包括真空冶煉+電渣重熔煉鋼工藝、鍛造工藝及固溶處理工藝。本發(fā)明的不銹鋼與國外同類材料相比，室溫力學性能、持久試驗和蠕變試驗結(jié)果均有明顯提高，特別可用于制造耐高溫爐軸。文檔編號C22C33/00GK101676429SQ20081020010公開日2010年3月24日申請日期2008年9月19日優(yōu)先權(quán)日2008年9月19日發(fā)明者瀑李申請人:寶山鋼鐵股份有限公司