高鉻耐熱鋼的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及高鉻耐熱鋼。 發明背景
[0002] 迄今為止，己提出含有δ鐵素體的幾種9%Cr耐熱鋼作為高鉻鋼以改善可焊接性， 且其一些己被用于熱電廠中的蒸汽接觸組件。然而，由于9%Cr耐熱鋼的長期蠕變強度和沖 擊性能極大受損，因而現在主要使用具有不含有S鐵素體的馬氏體微結構的9%Cr_l%Mo 鋼。近年來，己大大增加蒸汽條件的溫度和壓力以改善熱電廠中的熱效率。因此，電廠的運 行條件從超臨界壓力變至超超臨界壓力。另外，設計了在更苛刻蒸汽條件下可運行的工廠。 隨著蒸汽條件中這種逐漸增加的苛刻性，目前使用的9%Cr-l%Mo鋼(91級鋼）由于其有限 的抗氧化性和高溫強度不能適應未來工廠中的鍋爐管。同時，奧氏體耐熱不銹鋼可以是待 用于未來工廠的候選材料，但其應用受到經濟效率的限制。因此，希望研發用在具有甚至更 高溫度的蒸汽條件中的耐熱鋼。
[0003] 在這種情況下，如開-厶-、開-厶-和開-厶-中 所公開的，己研發了主要改善了蠕變強度的新型高鉻鋼。這些鋼己通過加入W作為固溶硬化 元素以及進一步地通過加入合金元素諸如Co、Ni和Cu改善了蠕變斷裂強度和韌性。另外， JP-A-1988-89644公開了具有最優化的W和Nb含量以及改善的蠕變強度的鋼。US-4564392描 述了其中優化了 C/N比的含Cr鋼。后一個US專利文獻中舉例的鋼含有相對大量的Mo和N。含 有12%Cr的鋼被認為特別適用于在高溫下和在高應力下使用。所有這些已知鋼據稱具有己 通過向常規耐熱鋼中加入合金元素諸如W和Co經固溶硬化改善了蠕變強度。然而，由于W和 Co是昂貴的元素，導致材料價格增加，從經濟效應的角度，這些元素的使用受到限制。
[0004] 而且，抗蒸汽氧化性的改善是對抗高溫蒸汽不可缺少的。另外，增加常規9%Cr鋼 的Cr含量有效地改善了現有條件中的抗蒸汽氧化性。然而，由于增加 Cr含量導致δ鐵素體的 形成，需要增加奧氏體形成元素諸如C和Ni以獲得回火馬氏體結構。然而，這些元素的含量 受限制，因為C和Ni含量的增加分別降低了可焊接性和長期蠕變強度。雖然存在加入Co等來 抑制S鐵素體的形成的情況，但這種元素昂貴，因此導致經濟效率降低。

【發明內容】

[0005] 鑒于上述情況，本發明的一個目的是提供改良的高鉻耐熱鋼，其以質量％計由以 下組成：C:0.08%-0.13%、Si :0.15%-0.45%、Mn:0.1%-1.0%、Ni:0.01%-0.5%、Cr: 10.0%-11.5% ^Mo：0.3%-0.6% ^V：0.10%-0.25% ^Nb：0.01%-0.06% ^N：0.015%-0.07%、B: <0.005%和Al: <0.04%，其中余量為Fe和不可避免的雜質元素。另一個目的是 提供能用于超超臨界壓力鍋爐的鋼。另一個目的是在不加入昂貴元素如W和Co的情況下，基 于經濟的鋼提供用于高溫蒸汽的蠕變斷裂強度和蒸汽氧化性質改善的鋼。
[0006] 本發明的鋼成分包含低碳(C)、錳(Μη)、硅(Si)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、鉬(Mo)、釩(V)、鈮 (Nb)和氮(N)。 在一個實施方案中，可以加入一種或多種以下元素:鋁(A1)和硼(B)。 該成分的剩余部分包含鐵(Fe)和不可避免的雜質。 本發明涉及高鉻耐熱鋼。下表1中示出其實施方案(成分以質量％表示），其中余量為Fe 和不可避免的雜質元素： 表1 范圍（質量％) 優選范圍 說明 元素 最小值最大值 最小值 最大值 Μ C 0,08 0,13 0,08: 0.11 M Si 0,15 0.45 0.15 0.35 Μ Μη 0.10 1.00 0.40 0.60 Μ 通： 0,01 0,5 Ο 0,01 0.20 Μ Cr 10.00 11.50 10.45 11.00 Μ Μο 0.30 0.60 0.45 0.55 Μ V 0.10 0.25 0.15 0.25 Μ Mb 0.010 0,060 0,035 0,060 Μ Ν 0.0150 0.0700 0.0400 0,0700 Ο ΑΙ - 0.040 - 0.025 Ο Β Q.D01 0,00$ 0.002 0,004 I Ρ - 0 030 - 0.018 I S - 0.010 - 0 005 I Sn - 0 0200 - 0 0200 I Pb - 0.0030 - 0.0030 I As Ο 0 i 20 - 0 0120 1 :Sb - Ο 0040 - Ο 0040 I Cu - 0.25 - 0,25 I Co - 0.020 - 0.020 說明:M=必有的;0 =可有的；1 =可能存在的不可避免的雜質元素
[0007] 在高鉻耐熱鋼的一個實施方案中，B在以質量計0.001 %至0.005%的范圍內。
[0008] 在高鉻耐熱鋼的一個實施方案中，不可避免的雜質元素的質量％小于0.4%。
[0009]在高鉻耐熱鋼的一個實施方案中，不可避免的雜質元素包含除C、Si、Mn、Ni、Cr、 Mo、V、Nb、N、Fe之外的元素。
[0010]在高鉻耐熱鋼的一個實施方案中，不可避免的雜質元素可包含磷(P)、硫（S)、鈷 (Co)、銅(Cu)、銻(Sb)、砷(As)、錫(Sn)和鉛(Pb)中的一種或多種。
[0011] 在高鉻耐熱鋼的一個實施方案中，？+3+(：〇+〇1+3匕+六8+311+?1^0.40%(以質量％ 計)。
[0012] 在高鉻耐熱鋼的一個實施方案中，？+3+(：〇+〇1+3匕+六8+311+?1^0.35%(以質量％ 計)。
[0013] 不可避免的雜質元素涉及由鋼生產導致的正常污染物。
[0014] 本發明己提供了具有迄今為止一直在常規9Cr-lMo鋼中難以實現的在蠕變斷裂強 度和抗蒸汽氧化性方面的性質都改善了的高鉻耐熱鋼。另外，本發明的主要成分不含有昂 貴元素諸如W和Co，和含有較少量的Mo，因而在經濟效率方面有利。因此，本發明可以滿足具 有較高溫度和壓力作為蒸汽條件的未來熱電廠的使用。
[0015] 本發明還涉及由本發明的高鉻耐熱鋼制造的蒸汽接觸組件例如管。該管可以是無 縫或焊接管。
[0016] 本發明還涉及包括由本發明的高鉻耐熱鋼制造的一種或多種蒸汽接觸組件例如 鍋爐汽包(boiler drum)和/或管的壓力鍋爐。
[0017] 本發明還涉及包括本發明的蒸汽接觸組件的熱電廠。
[0018] 本發明還涉及包括本發明的壓力鍋爐的熱電廠。 發明詳述
[0019 ]下面將討論單種元素的限制的原因。
[0020] C：0.08%-0.13% ； C是抑制鐵素體形成的奧氏體形成元素。因此，由鐵素體形成元素諸如Cr確定C的適合 量，以獲得回火馬氏體結構。另外，C沉淀作為MC型(M代表合金元素（同樣適用于下文））和 M23C6型碳化物，其大大影響了高溫強度和特別是蠕變斷裂強度。C含量小于0.08%時，沉淀 的量不足以用于沉淀強化，而且S鐵素體相的抑制不完全。由于該原因，其下限設為0.08%。 加入多于〇. 13%的C時，可焊接性受損和韌性降低。而且，碳化物的團聚粗化(agglomerated coarsening)加速，導致高溫長期側的蠕變斷裂強度降低。由于該原因，其范圍設為0.08%-0.13%，優選在0.08%-0.11% (質量百分比）的范圍內。
[0021] Si：0.15%-0.45%； 加入Si作為脫氧劑和用于抗氧化性。然而，Si是強鐵素體形成元素，且韌性通過鐵素體 相而受損。由于該原因，其范圍設為〇.15%-〇.45%以平衡抗氧化性和回火馬氏體結構;優 選在0.15%-0.35% (質量百分比）的范圍內。
[0022] Mn：0.1%-1.0% ； 加入Μη作為脫氧劑和脫硫劑。另外，其也是抑制δ鐵素體相的奧氏體形成元素，但其過 度加入會削弱蠕變強度。由于該原因，其范圍設為0.1 % -1 % ;優選在0.40 %-0.60 % (質量 百分比）的范圍內。
[0023] Ni：0.01%-0.5% ； Ni是抑制鐵素體形成的強奧氏體形成元素。然而，其過度加入會削弱長期蠕變斷裂強 度。由于該原因，所建議范圍設為0.01 %-〇. 5%，優選在0.01 %-0.20% (質量百分比）的范 圍內。
[0024] Cr：10.0%-11.5% ； Cr是保護抗蒸汽氧化性的重要元素。從用于高溫蒸汽的抗蒸汽氧化性考慮，Cr含量為 10.0%或更高是有必要的。然而，Cr以及Si的過度加入引起鐵素體形成，也引起長期蠕變中 脆性相的形成，從而削弱了斷裂強度。由于該原因，其上限設為1