本发明专利技术公开了一种用于超超临界技术的铁素体类耐热钢及制备方法，铁素体类耐热钢的合金元素质量百分比为：C为0.08％～0.11％，Si为0.44％～0.57％，Mn为1.31％～1.43％，Cr为9.0％～9.3％，Ni为1.42％～1.53％，Mo为0.71％～0.95％，V为0.27％～0.29％，Nb为0.08％～0.11％，Cu为1.72％～2.61％，Al为0.5％～0.7％，P和S含量均低于0.03％，余量为Fe。制备方法中的热处理工艺在1050℃时装炉进行正火处理，保温45min后出炉空冷至室温；再进行高温回火处理，770℃时装炉高温回火保温2h，保温后以降温速度≤100℃/h的冷速随炉冷却至300℃后出炉空冷至室温。本发明专利技术所获得的铁素体类耐热钢具有优良的抗高温氧化和抗高温含盐(Cl‑、SO42‑)热腐蚀性能，且具有优异的常温腐蚀性能和室温力学性能，同时，生产成本较低，具有一定的应用价值。
【技术实现步骤摘要】
一种抗高温氧化和耐盐热腐蚀的铁素体类耐热钢及其热处理工艺
本专利技术属于高温材料及钢铁材料
，具体涉及一种用于超超临界技术的抗高温氧化和耐盐(Cl-、SO42-)热腐蚀的铁素体类耐热钢及制备方法。
技术介绍
超超临界技术因具有低能耗、环保性能好、技术含量高等特点，同时机组热效率能够达到45％左右，实现了电能生产的“高效、洁净、经济、安全”等要求，成为了当今世界火电机组的必然选择和发展趋势。火电机组锅炉等零部件用钢可分为三种：铁素体类耐热钢、奥氏体类耐热钢以及高蒸汽参数的耐热合金。耐热合金虽然持久蠕变性能和抗腐蚀性均远好于铁素体类耐热钢和奥氏体类耐热钢，但由于其合金元素含量高，价格昂贵，所以目前锅炉用耐热材料主要是耐热钢为主。而奥氏体类耐热钢由于热导率低、热膨胀系数高、成本高等缺点一般不用于制造大口径厚壁管或者大型工件，相比之下，铁素体类耐热钢热导率高、热膨胀系数低、抗疲劳能力好以及价格上的明显优势广泛用于大口径厚壁管，如主蒸汽管道等，但由于其Cr含量低，抗腐蚀性能差，合金元素含量低，强化作用较弱，持久蠕变性能也较低等制约了铁素体类耐热钢的发展。超超临界发电机组锅炉管中的耐热钢由于长期处于高温、高压环境下服役，管壁温度比蒸汽温度高几十度，在这样的环境下长期服役，钢材的组织和性能将发生变化，而金属高温性能一旦发生明显恶化，将会影响设备运行的安全性，且随着锅炉蒸汽温度的升高，其温度将继续提高，需要耐热性更好的钢材才能满足使用要求；同时服役环境中由于燃烧料中含有NaCl、Na2SO4等物质的存在，使得腐蚀速率大大提高，缩短了电厂的大修周期，造成较大的经济损失，同时降低了机组的可靠性，因此，需要耐高温腐蚀和氧化性能优异的钢种以提高电厂的大修周期，提高机组的可靠性。目前国内大型含盐煤矿较多，蕴藏量较大，同时，我国现目前仍以燃煤火力发电为主，为了提高机组的大修周期，提高机组的运行经济效益，提高机组的安全性和可靠性，急需研制和开发出一种新型铁素体类耐盐类腐蚀的耐热钢。为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种用于超超临界技术且抗高温氧化和耐盐(Cl-、SO42-)热腐蚀的铁素体类耐热钢及制备方法，所要解决的技术问题是：在不显著影响耐热钢的力学性能指标的前提下，提高耐热钢的抗高温腐蚀和高温氧化性能，尤其是耐盐类腐蚀性能，同时，从成本的角度出发，尽可能的控制原材料的成本。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种抗高温氧化和耐盐(Cl-、SO42-)热腐蚀且成本较低的用于超超临界技术的铁素体类耐热钢及制备方法。本专利技术的目的是这样实现的：本专利技术公开了一种用于超超临界技术的铁素体类耐热钢，铁素体类耐热钢中合金元素按质量百分比计由以下组分组成：C0.08％～0.11％，Si0.44％～0.57％，Mn1.31％～1.43％，Cr9.0％～9.3％，Ni1.42％～1.53％，Mo0.71％～0.95％，V0.27％～0.29％，Nb0.08％～0.11％，Cu1.72％～2.61％，Al0.5％～0.7％，P含量低于0.03％，S含量低于0.03％，余量为Fe；铁素体类耐热钢经过1050℃的正火处理及770℃回火后测试其常温力学性能，结果为：Rp0.2≥790Mpa；Rm≥840MPa；A≥16％；Z≥40％；Akv≥45J；HB≤260。对于一种用于超超临界技术的铁素体类耐热钢，铁素体类耐热钢中合金元素按质量百分比计由以下组分组成：C0.11％，Si0.55％，Mn1.38％，Cr9.21％，Ni1.51％，Mo0.85％，V0.28％，Nb0.09％，Cu2.55％，Al0.65％，P含量低于0.03％，S含量低于0.03％，余量为Fe。本专利技术还公开了一种用于超超临界技术的铁素体类耐热钢制备方法，包括配料、熔炼、铸造、清理、热处理和机械加工，其中热处理工艺包括正火工艺和高温回火工艺。对于一种用于超超临界技术的铁素体类耐热钢制备方法，所述的配料一步中配料前所用原料均需用乙醇和丙酮超声清洗两次后烘干后进行配料，之后根据权利要求1中所述的组成成分进行配料。对于一种用于超超临界技术的铁素体类耐热钢制备方法，所述的制造工艺中在熔炼时依次加入铌铁、铬铁、钼铁、钒铁、硅铁、金属锰、生铁以及纯铝、镍、铜等炉料进行熔炼，划清后进行炉前化学成分分析，并进行打渣与脱氧处理，当化学成分符合要求后出钢，用梅花精铸模浇注试验用梅花试棒。对于一种用于超超临界技术的铁素体类耐热钢制备方法，所述的热处理工艺包括以下步骤：正火工艺：(1)1050℃时装炉进行正火处理；(2)保温45min-60min，具体时间根据工件壁厚控制；(3)出炉空冷至室温；高温回火工艺：(1)770℃装炉高温回火；(2)保温2h；(3)保温后以≤100℃/h的降温速度随炉冷却至300℃；(4)出炉空冷至室温。本专利技术的有益效果在于：本专利技术公开的一种用于超超临界技术的铁素体类耐热钢中添加Cu元素，用以改善钢的抗腐蚀性能和耐盐类腐蚀性能，提高合金的冷加工性能和抗疲劳性，并且可提高合金液的流动性，通过固溶强化、沉淀强化等作用提高钢的强度，但Cu含量过高会造成热脆性，而通过加入Ni元素可提高Cu溶解度，促进富Cu相密集细小分布，抑制Cu向晶界渗透防止铜脆；钢中添加Al元素，可在高温条件下生成连续致密的Al2O3氧化膜，比Cr2O3氧化膜更具有保护作用，显著提高钢的抗高温氧化能力，但同时含量过高会使得钢硬脆性增加，不利于机械加工；Ni元素可以提高钢的耐腐蚀能力，抑制δ-铁素体析出改善冲击韧度，但Ni元素过量将加速Laves相析出，影响钢的持久强度，且Ni成本较高，可用Cu部分替代Ni从而提高钢的抗腐蚀性能；Si元素形成的SiO2保护膜可提高氧化膜的抗剥落性和与基体的粘附性，但Si元素过量会促进Laves相、G相等脆性相析出，降低钢的塑性、持久强度等；Mn元素可以提高钢的淬透性，有相关研究表明，Mn含量为1％时略能提高钢的冲击韧度和塑性，但继续增加会降低其冲击韧度和塑性；Mo是铁素体形成元素，在钢中添加钼可使钢具有均匀的微晶结构，提高钢的硬度和韧性、耐磨性、抗蠕变性能、高温性能等，并可改善淬透性和焊接性，同时Mo可提高蠕变断裂强度，对铁素体基体蠕变强度的增强作用比Mn、Cr两元素复合作用更强。通过本专利技术所获得的铁素体类耐热钢具有优良的抗高温氧化和抗高温耐盐(Cl-、SO42-)热腐蚀性能，且拥有优异的常温腐蚀性能，经过本专利技术的热处理工艺制度测试其常温力学性能，各项力学指标结果可达：Rp0.2≥790MPa，Rm≥840MPa，A≥16％，Z≥40％，Akv≥45J，HB≤260。从成本的角度出发，本专利技术的生产成本较低，具有一定的应用价值，同时，热处理工艺制度简单，有效地缩短了热处理周期。附图说明图1为本专利技术中铁素体类耐热钢和T91钢在650℃时高温氧化动力学曲线图；图2为本专利技术中铁素体类耐热钢和T91钢在700℃时高温氧化动力学曲线图；图3为本专利技术中3号钢在650℃高温氧化200h后表面氧化膜形貌图；图4为本专利技术中T91钢在650℃高温氧化200h后表面氧化膜形貌图；图5为本专利技术中铁素体类耐热钢和T91钢在650℃时耐盐(Cl-、SO42-)热腐蚀动力学曲线图；图6为本专利技术中铁素体类耐本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于超超临界技术的铁素体类耐热钢，其特征在于：铁素体类耐热钢中合金元素按质量百分比计由以下组分组成：C 0.08％～0.11％，Si 0.44％～0.57％，Mn 1.31％～1.43％，Cr 9.0％～9.3％，Ni 1.42％～1.53％，Mo 0.71％～0.95％，V 0.27％～0.29％，Nb 0.08％～0.11％，Cu 1.72％～2.61％，Al 0.5％～0.7％，P含量低于0.03％，S含量低于0.03％，余量为Fe；铁素体类耐热钢经过1050℃的正火处理及770℃回火后测试其常温力学性能，结果为：Rp0.2≥790Mpa；Rm≥840MPa；A≥16％；Z≥40％；Akv≥45J；HB≤260。
【技术特征摘要】
1.一种用于超超临界技术的铁素体类耐热钢，其特征在于：铁素体类耐热钢中合金元素按质量百分比计由以下组分组成：C0.08％～0.11％，Si0.44％～0.57％，Mn1.31％～1.43％，Cr9.0％～9.3％，Ni1.42％～1.53％，Mo0.71％～0.95％，V0.27％～0.29％，Nb0.08％～0.11％，Cu1.72％～2.61％，Al0.5％～0.7％，P含量低于0.03％，S含量低于0.03％，余量为Fe；铁素体类耐热钢经过1050℃的正火处理及770℃回火后测试其常温力学性能，结果为：Rp0.2≥790Mpa；Rm≥840MPa；A≥16％；Z≥40％；Akv≥45J；HB≤260。2.根据权利要求1所述的一种用于超超临界技术的铁素体类耐热钢，其特征在于：铁素体类耐热钢中合金元素按质量百分比计由以下组分组成：C0.11％，Si0.55％，Mn1.38％，Cr9.21％，Ni1.51％，Mo0.85％，V0.28％，Nb0.09％，Cu2.55％，Al0.65％，P含量低于0.03％，S含量低于0.03％，余量为Fe。3.一种用于超超临界技术的铁素体类耐...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵成志，张贺新，李洪，严涛，丁超，朱海昌，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23
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