合金钢制造技术

一种钢含有包括稀土元素、Ｂ及在Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ中的至少一种的添加剂。该钢具有抗脆化、氧化和蠕变的能力。该钢还含平衡量的，使Ｎｉ与Ｃｏ之比为最小，以及优化如回火韧性方面的抗时效脆化能力的Ｎｉ和Ｃｏ。该钢含（重量％）：０．０１－２．００的Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ中的至少一种；最多为０．５０的稀土元素；０．００１－０．０４的Ｂ；０．０８－０．１５的Ｃ；０．０１－０．１０的Ｓｉ；８．００－１３．００的Ｃｒ；０．０１－２．００的Ｗ和Ｍｏ中的至少一种；０．００１－６．００的至少一种奥氏体稳定剂；０．２５－０．４０的Ｖ；最多为０．０１０的Ｐ；最多为０．００４的Ｓ；最多为０．０６０的Ｎ；最多２ｐｐｍ的Ｈ；最多为５０ｐｐｍ的Ｏ；０．００１－０．０２５的Ａｌ；最多为０．００６０的Ａｓ；最多为０．００３０的Ｓｂ；最多为０．００５０的Ｓｎ及余量的Ｆｅ。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本申请是于1997年7月28日递交的美国专利申请No08/901,844，公开于＿＿的美国专利No.＿＿＿的部分继续申请。美国专利No.08/901,844的内容充分结合在本文中。本专利技术涉及钢。尤其是，本专利技术涉及含有改善其特征和性能的合金组份的钢。涡轮机部件必须保持实用的物理和热性能。涡轮机部件承受高温，因而易被氧化。在运行期间，涡轮机部件还承受经常导致涡轮机材料蠕变(在固定的负荷下，尤其是在高温下变形)的高应力。因此涡轮机部件应用保持其机械性能，如，但不限于，提高的抗蠕变能力和很少的脆化及在高温下不易氧化的材料构成。涡轮机部件常用钢质材料构成。钢呈现出优良的强度，低的脆性转变温度及好的硬化特性。但当钢暴露于高温下时，它经受氧化、脆化和蠕变。脆化至少部分地是由于在晶粒中形成有害相(不可逆的脆化)，或由于在高温下某些有害元素在晶界上偏析(可逆的脆化)而产生的。涡轮机部件用钢必须用能减少钢的脆化、氧化和蠕变的组份构成。常规的用于涡轮机部件的合金钢包括高合金钢。高合金钢包括含Cr大于10％，比如，大于12％(重量)的钢。高合金钢包括，但不限于Fe-12Cr不锈钢(下文称为Fe-12Cr钢)，这种钢在本
中是公知的。在US 5,320,687(授予Kipphut等人)中公开了一种这样的钢，该专利的全部内容经参照已充分结合于本文中。常用钢的合金元素包括，但不限于W和Co，比如，向钢中加W要求(1)降低Cr含量以保持钢中铁素体稳定剂的平衡；或(2)添加奥氏体稳定剂，如，但不限于Ni、Mn和Co以保持钢的充分抗氧化性。由于绝大多数奥氏体稳定剂很贵(Co)，或对蠕变性能有害(Ni)，所以添加奥氏体稳定剂不能保持钢的抗氧化和抗蠕变性能。因此，钢的制造商一直力图降低涡轮机用钢的Cr含量。低的Cr含量不会大量增加炼钢成本，而且对蠕变性能无负面影响。但，钢中Cr含量低时对抗氧化能力不利，因而是不可取的。解决钢的抗氧化性问题的进一步努力包括加Cr和Si中的一种，或加此二种元素。为提高钢的抗氧化能力，加Cr和Si，当然这正是希望的。但，这些方案没有证明高含量的铬是有效的或合乎要求的，因为虽然较高的Cr含量提高了抗氧化性能，但由于形成α初生(γ’)相，则不合乎要求地增加了钢中的脆化。并且加入硅促进在钢中形成不合要求的，脆化的莱维氏相(Laves phases)。因此，提供这样一种钢的组合物是合乎要求的它提供适宜的高温性能，又具有机械性能和氧化性能的平衡。比如，用于高温涡轮机部件的钢应能减少氧化，同时又使所需的机械性能，如，提高的抗蠕变性能和降低的高温脆化性能达到平衡。因此，本专利技术提供这样一种合金钢组合物，它克服了已知钢组合物中的不足。符合本专利技术的钢是一种含B和稀土元素的钢，它含铼(Re)、锇(Os)、铱(Ir)、钌(Ru)、铑(Rh)、铂(Pt)、钯(Pd)中的至少一种。该钢含(％重量)Re、Os、Ir、Ru、Rh、Pt、Pd中的至少一种 0.01-2.00稀土元素 0.50最多B 0.001-0.04C 0.08-0.15Si 0.01-0.10Cr 8.00-13.00W和Mo中的至少一种 0.50-4.00奥氏体稳定剂，如，Ni、Co、Mn和Cu中的一种 0.001-6.00V 0.25-0.40P 0.010最多S 0.004最多N 0.060最多H 2ppm最多O 50ppm最多Al 0.001-0.025As 0.0060最多Sb0.0030最多Sn0.0050最多Fe余量符合本专利技术的一个实施方案的钢通过添加包括贵金属、稀土金属、Re和B的合金元素平衡了机械性能和氧化性能。该钢减少了长期时效脆化(这里是时效脆化)，并保持了，更好是提高了屈服强度和蠕变强度。贵金属选自包括，但不限于，铂族金属如Ru、Rh、Os、Pt、Pd和Ir及其混合物。一种由本专利技术举例的示范性的钢成分列于表1中。该钢的成分包括Fe，稀土元素，B，铼族和铂族金属中的至少一种，C、Si、Cr、W和Mo中的至少一种，至少一种奥氏体稳定剂中，V和Al。该百分数是近似的重量百分数，其范围从大约的第一个数值延伸到大约的第二个数值。其中组份的重量值是按最大值(“最大”)给出的，该材料按范围从约0到约“最大值”的量提供，但不超过“最大值”。“余量”指的是其他组份已加完后，剩余成分的材料量。此外，除非另行注明，无论百分数或份数均是以重量百分数为基准表达的。表1Re、Os、Ir、Ru、Rh、Pt和Pd中的至少一种 0.01-2.00稀土元素 0.50最多B 0.001-0.04C 0.08-0.15Si 0.01-0.10Cr 8.00-13.00W和Mo中的至少一种 0.50-4.00奥氏体稳定剂如Ni、Co、Mn和Cu中的至少一种 0.001-6.00V 0.25-0.40P 0.010最多S 0.004最多N 0.060最多H 2ppm最多O 50ppm最多Al0.001-0.025As0.0060最多Sb0.0030最多Sn0.0050最多Fe余量。铂族金属和Re提高钢的固溶强化作用，而且铂族金属还提供抗氧化能力。这些金属在元素周期表中位置是邻近W的位置，因而具有与W相类似的，对钢有益的固溶强化作用。这些铂族金属包括Ru、Rh、Os、Pt、Pd和Ir。Ir具有非常有效的抗腐蚀和抗氧化的性能。因此将其加入钢中将能提高钢的抗腐蚀和抗氧化的性能。Re象铂族金属一样，提高钢的固溶强化作用。当以约5-10重量％的量提供铂族金属时，则铂族金属提供钢的抗氧化能力，并可能因第二相及析出物的形成提供有益作用。当杂质含量低时，稀土金属提高钢的抗时效脆化的能力。钢中确切的稀土元素的量取决于钢中杂质含量。当钢中杂质含量增加时，则需较多的稀土元素。比如，根据杂质含量，如约0.1-约0.2重量％的杂质，提供最多为约0.5重量％的稀土元素。进而，稀土元素的的量为约0.1-约0.15，比如为0.1重量％。某些稀土元素对降低钢的时效脆化作用是有效的。这些稀土元素包括，但不限于，Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Er。这些元素的合金和混合物。本专利技术的实施方案之一，以约0.01-约0.3重量％，如以约0.1-约0.15重量％的量提供了La和Y的至少一种。比如，La和Y中的至少一种的量为约0.1重量％。稀土元素还控制在钢中形成偏析。比如，已确定La减少了在钢中形成偏析。钢中的硼向晶界偏析，从而占据这些晶界位点，因而阻止其他的偏析物占据此位置。如本专利技术所体现的那样，在钢中以约0.01-约0.04重量％的量提供硼。位于晶界位点的硼防止钢被弱化，因而减少了时效脆性。因此，当硼占据晶界位点时，它缓解钢中的断裂韧性下降，而且对晶界位点强度无害，并有益于提高钢的凝聚力。此外，还认为硼提高钢的抗蠕变性能。降低钢中的杂质，则减少了α初生相组分，因而降低了时效脆性，并提高了抗时效脆性和回火脆性的能力。降低钢中的杂质，是通过加至少一种防止杂质占据晶界的元素，如加硼，和减少钢中的Si和Al中的至少一种，更好是减少Al和Si两者而完成的。α初生相的减少及抗回火脆性能力的提高是通过调整，比如通过平衡Cr、Mo、W中的两种元素的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硼和稀土元素钢，它含有以重量％表示的下列成分： Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｔ和Ｐｄ中的至少一种 ０．０１－２．００ 稀土元素 ０．５０最多 Ｂ ０．００１－０．０４ Ｃ ０．０８－０．１５ Ｓｉ ０．０１－０．１０ Ｃｒ ８．００－１３．００ Ｗ和Ｍｏ中的至少一种 ０．５０－４．００ 至少一种奥氏体稳定剂 ０．００１－６．００ Ｖ ０．２５－０．４０ Ｐ ０．０１０最多 Ｓ ０．００４最多 Ｎ ０．０６０最多 Ｈ ２ｐｐｍ最多 Ｏ ５０ｐｐｍ最多 Ａｌ ０．００１－０．０２５ Ａｓ ０．００６０最多 Ｓｂ ０．００３０最多 Ｓｎ ０．００５０最多 Ｆｅ 余量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：TM安格利乌，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]