一種長壽命高合金耐熱鋼及其制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于高溫用不鎊鋼或耐熱鋼金屬材料領域，具體地，涉及一種長壽命高合 金耐熱鋼及其制造方法。
【背景技術】
[0002] 現有310S耐熱鋼，其化學成分重量百分比為；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 余為化和不可避免的雜質。
[0003] -般生產工藝流程概括如下：
[0004] 冶煉一板昆連鑄一板昆表面修磨一板昆加熱一帶鋼熱社一帶鋼卷取一帶鋼退火、 酸洗一檢查一卷取、包裝。
[0005] 使用電爐巧巧、氮氧精煉爐（A0D)冶煉。僅依靠設備及工藝手段盡可能減少310S 耐熱鋼中的游離氧、氮。
[0006] 為提高310S耐熱鋼的抗氧化性能，現有的310S耐熱合金化技術，有代表性的有耐 熱鋼A1合金化技術和耐熱鋼化學處理表面改性技術：
[0007] 《不同A1含量的310S耐熱鋼熱社加工后的組織和力學性能》（蘭州理工大學學報， 2012年10月）一文介紹了添加 A1的310S耐熱鋼用于更苛刻的高溫條件使用。目前國內 外在高性能耐熱鋼方面的研究熱點主要集中在奧氏體基體表面滲A1、制備金屬問化合物、 媒基超合金和含A1奧氏體耐熱鋼送4個方面。添加 A1的奧氏體耐熱鋼的制備成本相對較 低，并且可W在基體表面形成更穩定的保護膜，從而可顯著地提高材料的高溫抗氧化性。另 夕F，A1元素的加入可W使基體內形成金屬間化合物，送些第二相的存在促進了材料高溫力 學性能的提局。
[0008] 《化學熱處理表面改性310SS高溫腐蝕行為》（中國腐蝕與防護學報，2002年2月） 一文介紹了固體粉未法滲測，對耐熱鋼的高溫腐蝕效果無明顯影響。
[0009] 對于上述鉛合金化方法或表面滲測方法處理后得到的310S耐熱鋼，無法有效減 少鋼中游離的氮、氧元素。鋼中游離的氮、氧元素會對鋼表面氧化膜產生影響，從而影響所 述310S耐熱鋼的抗氧化性。
[0010] 另外，為使得所述310S耐熱鋼具備優良的表面質量，現有310S耐熱鋼板昆表面修 磨使用同一粒度砂輪進行二遍表面修磨，砂輪修磨線速度在二次修磨中相同。不能很好的 保證修磨完成后表面的光澤程度。
[0011] 在高溫巧00~l〇5(TC )條件下使用，鋼表面會起皮，進而影響其在高溫使用環境 下的使用壽命。現有310S耐熱鋼在900~105(TC下的使用壽命僅為12~18個月。

【發明內容】

[0012] 本發明的目的在于提供一種長壽命高合金耐熱鋼及其制造方法，該耐熱鋼通過在 310S耐熱鋼中添加 Ti使310S耐熱鋼中的游離氧含量和游離氮含量得到降低，減少鋼中有 害的氧化物、氮化物夾雜的含量，提高310S耐熱鋼內在與外在表面質量，同時，與板昆修磨 工藝相配套，使所述高合金耐熱鋼高溫使用壽命達到常規310S耐熱鋼的1倍W上。
[0013] 為達到上述目的，本發明的技術方案是：
[0014] 本發明向310S耐熱鋼中添加 Ti，與鋼中游離碳形成TiC，與鋼中游離的氮、氧形 成TiN、Ti〇2化合物。利用送種現象，使310S耐熱鋼中的游離氧含量和游離氮含量得到降 低，減少鋼中有害的氧化物、氮化物等有害夾雜的含量，提高310S耐熱鋼內在與外在表面 質量，提高實際使用壽命。另外，改進修磨工藝，根據第一、二遍修磨的特點，采用不同粒度 的砂輪、不同的砂輪壓力和速度，既保證了修磨程度，又獲得了良好光滑的板昆表面，清除 了板昆表面的缺陷，使后續帶鋼生產能夠順利完成，并獲得良好的帶鋼產品表面質量。
[0015] 具體地，本發明的一種長壽命高合金耐熱鋼，其化學成分重量百分比為；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 總；2Ti 有效~0. 2%，所述 Ti 有 效=3. 4214XN% +3. 8〇96XS%_ 0. 〇97,所述Ti,留為鋼中Ti的總含量，所述Ti有效為鋼中 Ti的有效含量，其余為化和不可避免的雜質。
[0016] 進一步，所述長壽命高合金耐熱鋼的使用溫度為900~105(TC。
[0017] 另，所述長壽命高合金耐熱鋼在900~105(TC下的使用壽命為30~36個月。
[0018] 在本發明的長壽命高合金耐熱鋼成分設計中：
[0019] 碳是310S耐熱鋼中是基本成分之一。奧氏體不鎊鋼是強烈形成并穩定奧氏體且 擴大奧氏體區的元素。碳形成奧氏體的能力約為媒的30倍。碳是間隙元素，通過固溶強化 可顯著提高奧氏體不鎊鋼的強度。對于高溫條件下使用的310S耐熱鋼，碳在高溫下有偏聚 效應，形成高碳含量的化合物聚集物，對耐熱鋼的高溫長久壽命產生不利影響。因此從高溫 強度和長期使用二方面考慮，鋼中碳質量含量控制在0. 04%~0. 08%。
[0020] 館是奧氏體耐熱鋼中最主要的合金元素。館是強烈形成并穩定鐵素體的元素，縮 小奧氏體區。隨著鋼中館含量的增加，奧氏體不鎊鋼中可能出現鐵素體組織。在310S耐熱 鋼中媒含量配比充分，通過與其它奧氏體形成元素的配合與平衡，可W獲得完全的奧氏體 組織。館還是強碳化物形成元素，由于鋼中碳含量控制較低，館與碳化合物可W得到適當的 控制。館對奧氏體耐熱鋼性能最大影響是耐氧化性和高溫耐蝕性。因此綜合考慮本發明鋼 中館質量含量控制在24 %~25%。
[0021] 媒是奧氏體不鎊鋼中的主要合金元素，其主要作用是形成耐熱鋼的完全奧氏體組 織，使鋼具有良好的強度和塑性、初性的配合，并具有優良的冷、熱加工性能和冷成形性W 及焊接、低溫與無磁等性能；同時提高奧氏體不鎊鋼的熱力學穩定性。媒是強烈形成并穩定 奧氏體的元素，可W擴大奧氏體相區。為了獲得單一的奧氏體組織。在奧氏體不鎊鋼中隨 著媒含量的增加，殘余鐵素體可W完全消除，并顯著降低σ相形成的傾向；同時馬氏體轉 變溫度降低，甚至可不出現Υ - Μ相變。媒對奧氏體不鎊鋼力學性能的影響是通過對奧氏 體穩定性來決定的。隨著媒含量的提高，導致鋼的熱力學穩定性增加。因此奧氏體不鎊鋼 具有更好的不鎊性和耐氧化性介質的性能。從耐熱性、奧氏體組織穩定性及經濟性考慮，本 發明鋼中媒質量含量控制在19.0%~20.0%。
[0022] 氮是強烈形成并穩定和擴大奧氏體相區的元素。形成奧氏體的能力與碳相當，約 為媒的30倍。氮在奧氏體不鎊鋼中可W代替部分媒，增加氮可W降低鋼中的鐵素體含量， 可w使奧氏體組織更加穩定，甚至可避免出現馬氏體轉變。在館媒奧氏體不鎊鋼中，氮含量 的增加形成化2N型氮化物。氮還可抑制碳化物析出和延緩σ (X)相的形成。作為間隙元 素，氮固溶強化作用很強，因而氮的加入可顯著提高奧氏體不鎊鋼的強度。適量氮可提高 奧氏體不鎊鋼耐晶間腐蝕和晶間應力腐蝕性能。氮作為表面活性元素優先沿晶界偏聚，抑 制并延緩絡碳化物的析出，降低晶界館的貧化程度，改善表面膜的性能，使表面膜中富館， 提高鋼的純化能力及純態穩定性。根據氮的綜合作用，本發明鋼中氮質量含量控制在小于 0. 05%。
[0023] 娃是強烈形成鐵素體的元素。在奧氏體不鎊鋼中，隨著娃含量的提高，鐵素體含 量將增加，同時金屬間相也會加速形成和增多，從而影響鋼的性能。在正常娃含量范圍內， 娃含量增加將降低館媒奧氏體不鎊鋼耐硝酸性能，并且顯著提高鋼的固溶態晶間腐蝕敏感 性，娃在鋼中沿晶界偏聚。高娃奧氏體不鎊鋼含娃4%~6%，表面富娃氧化膜的形成，提高 了氧化膜的穩定性。現有310S耐熱鋼