高硅奧氏體耐熱鋼制造技術

本發明專利技術是以高硅（５．０１～８．５％）和鉻鎳為主要合金元素，在適當（０．０５～０．２０％）含碳量條件下添加Ｍｏ、Ｔｉ、Ｂ等多元合金以及稀土元素，經熱處理獲得高硅固溶強化奧氏體上彌散分布強化相的組織，使其具有高溫抗氧化性、抗滲碳性、良好的常高溫力學性能和耐熱疲勞性的奧氏體耐熱鋼。與高鉻鎳奧氏體耐熱鋼相比，可改善性能、節約鉻鎳、降低成本。（*該技術在2009年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術屬于奧氏體耐熱鋼，特別是利用高硅配合鉻和稀土等改善鋼的高溫抗氧化性，利用高硅改善抗滲碳性，同時采用MO、Ti、B等多元少量合金化改善高溫性能等。本專利技術是具有900～1200℃抗氧化、抗滲碳能力，可長期承受載荷和溫度交變的耐熱鋼。目前應用的奧氏體耐熱鋼以鎳鉻為主要合金元素，例如美國ASTM-HT(Cr17Ni35)、ASTM-HK(Cr25Ni20)、1Cr23Ni18等主要依靠鉻改善高溫抗氧化性，蘇聯研制的3Cr18Ni25Si2鋼可以利用少量(2%)硅輔助鉻改善抗氧化性，改善幅度有限。經檢索，與本專利技術接近的現有技術是日本太田雞一專利技術的高硅鋼，詳見日本專利(特許第619383號，特許第661246號，特許第671064號、特許第750973號)，其成分范圍是C≤0.05%，Si2-7%，Mn≤2%，Ni4～16%，Cr8～28%，Mo+V1～4%，Cu2～4%或W1～4%，Co≤2%，由于其含碳量很低(＜0.05%)，不能利用碳化物改善高溫性能。目前使用的高硅鉻鎳系耐熱鋼如日本NSSER 1含Si3.0～4.0%，Ni12～13.5%.Cr18.5～20%，其含硅量不超過4%，因此不能充分利用硅改善抗氧化性、抗滲碳性、力學性能和鑄造性能。本專利技術目的是開發節鉻鎳高溫用奧氏體鋼并利用硅改善抗氧化性、抗滲碳性及常溫、高溫力學性能，利用我國的富有資源稀土進一步改善高硅耐熱鋼的抗氧化性。它是具有900～1200℃抗氧化、抗滲碳能力，可長時間承受載荷和具有良好耐熱疲勞性的高硅奧氏體耐熱鋼。本專利技術的內容本專利技術的化學成分范圍是C 0.05～0.20%，Si5.01～8.5%，Mn≤3.0%，P≤0.03%，S≤0.03%，Cr 16～20%，Ni14～22%，Mo 0.05～2.0%，Ti 0.01～2.0%，B 0.005～0.10%，RE 0.005～1.0%，Cu 0～3%，Nb 0～0.5%，Co 0～3%，Mg＜0.03%，V 0～0.2%，W 0～3%。眾所周知，硅可改善鋼的耐熱性，現有技術中高鉻鎳奧氏體耐熱鋼的含硅量一般小于或等于4%，這是因為高硅可引起脆性。本專利技術通過調正穩定奧氏體化元素Ni與Si、Cr等元素的關系，消除了有序共價鍵Fe3Si相獲得多滑移系奧氏體，可防止高硅脆性，在含硅較高的條件下獲得一定的韌性塑性，控制含碳量也是防止脆性的一個重要措施。Ni與Si、Cr含量(%)的關系為Ni≥2.049b·Si+b·Cr-4.63-m (1)其中b值與含Si量及其他元素含量有關，在0.8～1.0之間變化，m值與δ相允許量有關，取0.5～2%。高硅固溶強化奧氏體的作用比鉻強烈，因此可改善常高溫力學性能。在獲得奧氏體組織為主的條件下適當提高碳量并同時添加碳化物形成元素Mo、Ti等實現彌散強化以及添加晶界強化元素B可改善高溫性能，同時保持足夠的常溫韌性。添加RE通過脫氧和凈化作用等改善抗氧化性。Cu、Nb、Co等也可以改善高溫性能，可選擇使用。Mg也可脫氧凈化而改善抗氧化性。C、Si、Cr、Mo、Ti、Cu、V、W超過本專利技術限定的成分范圍將引起脆性，Mg，Re，B在鋼中溶解量極低。Nb、lo、Ni價格昂貴，盡量少用。P、S為有害雜質。本專利技術可采用工業純鐵、微碳鉻鐵、金屬硅等含碳和雜質少的原料用感應電爐熔化法制造;也可采用廉價的含碳較高的廢鋼及金屬合金在電弧爐中用吹氧脫碳法或爐外精煉法如AOD法制造，其熔化或冶煉工藝與低碳或超低碳不銹鋼相近。其鑄造性能優于不銹鋼，可降低澆注溫度。鑄件經1080～1100℃固溶化熱處理，根據需要還可進行其他常規后續熱處理。也可以進行壓力加工、焊接、機械加工。本專利技術與現有技術相比的優點在于長期以來各國企圖以硅代鉻制造節鉻鎳鋼，由于未解決脆性問題使耐熱鋼含硅量≤4%，本專利技術可在5.01～8.5%范圍內獲得良好韌性，克服了人們認為高硅必然引起脆性的偏見。本專利技術在高硅鋼中適當提高含碳量和使用Mo、ti、B等多元合金及稀土改善高溫性能取得顯著進步。由于相對于其他奧氏體耐熱鋼，本專利技術可節約鉻鎳、降低成本或成本相當時明顯改善性能。在900～1200℃氧化或滲碳條件下可長時承受載荷和溫度交變，耐熱性能優越。與3Cr18Ni25Si2鋼相比，1000℃抗氧化能力提高1.4倍，耐熱疲勞性提高2.7倍，常高溫短時力學性能、1050℃×1755h承載試驗抗蠕變能力、抗滲碳能力均優于3Cr18Ni25Si2，節鎳30%以上。常溫和871℃短時力性能與ASTM-HT相當，節鎳50%以上。與相同抗氧化能力的高鉻鎳鋼比較可節約鉻。實施例一化學成分(重量%) </tables>力學性能 </tables>實施例二化學成分(重量%) </tables>力學性能 附附圖說明圖1 為本專利技術鋼(標記為SHR)與3Cr18Ni25Si2、1Cr23Ni18鋼在1000℃×500h的氧化增重和平均氧化增重速度的比較。附圖2為本專利技術鋼(標記為SHR，SHR-3)與3Cr18Ni25Si2、1Cr23Ni18鋼在1200℃的氧化增重比較。權利要求1.一種高硅奧氏體耐熱鋼，其特征在于其化學成分(重量%)為C0.05～0.20%，Si5.01～8.5%，P≤0.03%，S≤0.03%，Cr16～20%，Ni14～22%，Mo0.05～2.0%，Ti0.01～2.0%，B0.005～0.10%，RE0.005～1.0%。2.按照權利要求1所要求的奧氏體耐熱鋼，其特征在于化學成分中還可加入(重量%)Cu0～3%，Nb0～0.5%，Co0～3%，Mn≤3.0%，V0～0.2%，W0～3%，Mg＜0.03%。全文摘要本專利技術是以高硅(5.01～8.5％)和鉻鎳為主要合金元素，在適當(0.05～0.20％)含碳量條件下添加Mo、Ti、B等多元合金以及稀土元素，經熱處理獲得高硅固溶強化奧氏體上彌散分布強化相的組織，使其具有高溫抗氧化性、抗滲碳性、良好的常高溫力學性能和耐熱疲勞性的奧氏體耐熱鋼。與高鉻鎳奧氏體耐熱鋼相比，可改善性能、節約鉻鎳、降低成本。文檔編號C22C38/58GK1052906SQ8910967公開日1991年7月10日 申請日期1989年12月30日 優先權日1989年12月30日專利技術者王云昭, 周向陽, 陰世河, 劉子安, 郭天馬 申請人:機械電子工業部沈陽鑄造研究所本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高硅奧氏體耐熱鋼，其特征在于其化學成分（重量％）為：Ｃ０．０５～０．２０％，Ｓｉ５．０１～８．５％，Ｐ≤０．０３％，Ｓ≤０．０３％，Ｃｒ１６～２０％，Ｎｉ１４～２２％，Ｍｏ０．０５～２．０％，Ｔｉ０．０１～２．０％，Ｂ０．００５～０ ．１０％，ＲＥ０．００５～１．０％。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】

【專利技術屬性】
技術研發人員：王云昭，周向陽，陰世河，劉子安，郭天馬，
申請(專利權)人：機械電子工業部沈陽鑄造研究所，
類型：發明
國別省市：89[中國|沈陽]