【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属材料，具体涉及一种用于630℃以上的马氏体耐热钢及其制备方法。
技术介绍
1、在“双碳”背景下，尽管火力发电会排放大量的co2，但结合我国国情与资源条件，燃煤火力发电仍占据着重要位置，直接关系着我国能源的战略安全，具有重要的战略意义。为实现节能减排目标，火力发电技术向高参数、二次再热和清洁高效的方向发展，并充分利用先进超超临界燃煤发电技术。例如，火力发电从亚临界状态升高到超超临界条件，每度电可节煤68g，供电煤耗可降低21％，我国每年可节约2.32亿吨煤，年减排5.1亿吨co2。然而，目前应用于高参数汽轮机大型铸锻件马氏体耐热钢材料仍是制约电站参数提升的技术瓶颈，特别是应用于630℃汽轮机转子锻件目前国内外均无成熟产品，620℃汽轮机转子大量依赖进口。
2、因此，为攻克关键核心技术，高性能、高可靠性的耐热钢材料与产品的国产化迫在眉睫，机组参数的提高对材料性能要求也进一步提高，尤其对高应力高温度条件下的强韧性及持久性能要求更加苛刻。目前，国内外研究主要通过添加w、co、b、n这些元素来进一步提高耐热钢的高温持久性能和抗氧化性能。但是，调整w、co、b、nb、n等元素对耐热钢高温持久性能和抗氧化性能的提高也是有限的，目前急需开拓一种新型的强化方式来进一步优化耐热钢的高温性能和抗氧化性能。
技术实现思路
1、鉴于上述分析，本专利技术旨在提供一种用于630℃以上的马氏体耐热钢及其制备方法，其高温强度、抗冲击性、抗持久蠕变和抗氧化性能等综合性能良好，适用于工作温
2、针对超超临界条件下，电站汽轮机组用耐热钢的选材需要，本专利技术进行了大量的实验研究，从控制10～12％cr钢中氮化物析出相的微观形态的角度出发，开发了一种新型马氏体耐热钢，通过增加钽元素，利用高温稳定的细小铬钽氮化物代替mx作为析出强化相。
3、本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：
4、本专利技术提供了一种用于630℃以上的马氏体耐热钢，按质量百分比计，其成分包括：c:0.01％～0.06％、si:0.05％～0.50％、mn:0.05％～0.70％、cr:11％～13％、w:2.0％～3.5％、co:4％～5％、cu：0.8％～1.5％、ni:0.1％～0.5％、b:0.01％～0.015％、n:0.01％～0.08％、ta:0.2％～0.5％、zr：0.1％～0.5％、ce+y：0.01％-0.3％，其余成分为fe和不可避免的杂质。
5、进一步的，一种用于630℃以上的马氏体耐热钢，按质量百分比计，其成分包括：c:0.01％～0.06％、si:0.05％～0.5％、mn:0.05％～0.70％、cr:11％～13％、w:2.0％～3.5％、co:4％～5％、cu：0.8％～1.2％、ni:0.1％～0.5％、b:0.006％～0.013％、n:0.01％～0.08％、ta:0.28％～0.45％、zr：0.1％～0.5％、ce+y：0.1％-0.2％，其余成分为fe和不可避免的杂质。
6、进一步的，所述耐热钢的显微组织为完全的回火马氏体组织+析出相，析出相包括细小弥散分布的m23c6型碳化物，crtan相，少量细小的laves相以及纳米级的弥散强化的cu相。
7、本专利技术还提供了一种用于630℃以上的马氏体耐热钢的制备方法，用于制备所述马氏体耐热钢，包括如下步骤：
8、步骤s1：按照上述成分配比中的各组分含量确定原料的配比，在真空感应炉中熔炼、浇注成铸锭，严格控制杂质元素含量；
9、步骤s2：将步骤s1得到的铸锭进行高温均质化处理，保温，然后随炉冷却至室温得到坯料；
10、步骤s3：对步骤s2得到的坯料，通过归圆、墩、拔手段进行锻造，锻造过程中低于终锻温度需回炉加热后再锻造，锻后炉冷至室温；
11、步骤s4：对步骤s3得到的锻棒进行正火及两次回火热处理得到铬钽氮化物增强马氏体耐热钢；其中，第一次回火温度低于第二次回火温度。
12、进一步地，所述步骤s2中，高温均质化温度为1160～1200℃，保温时间4～8h。
13、进一步地，所述步骤s3中，始锻温度为1160～1200℃，终锻温度为850～950℃。
14、进一步地，所述步骤s4包括如下步骤：
15、s401：正火，正火工艺为将锻棒升温加热至1050～1150℃并保温，然后空冷至室温；
16、s402：第一次回火，第一次回火工艺为将锻棒升温加热至600～700℃，并保温，然后空冷至室温；
17、s403：第二次回火，第二次回火工艺为将锻棒升温加热至680～780℃，并保温，然后空冷至室温。
18、进一步地，所述步骤s401中，升温速率≤100℃/h，保温时间为1～10h。
19、进一步地，所述步骤s402中，保温时间为5～10h。
20、进一步地，所述步骤s403中，保温时间为5～10h。
21、与现有技术相比，本专利技术至少可实现如下有益效果之一：
22、1、本专利技术提供的630℃以上的马氏体耐热钢的制备过程中通过精确控制高温均质化处理的时间和温度、锻造温度、正火温度和时间以及二次回火温度和时间等工艺参数保证获得的显微组织为完全的回火马氏体组织+析出相，析出相包括细小弥散分布的m23c6型碳化物，crtan相，少量细小的laves相以及纳米级的弥散强化的cu相。保证了耐热钢的优良的室温强度、高温强度以及抗持久蠕变、抗氧化性能，适用于630℃以上超超临界汽轮机转子。
23、2、本专利技术提供的630℃以上的马氏体耐热钢未添加v、nb元素，从而避免了在持久过程中极易形成并粗化的cr(v、nb)n相的形成，此相的粗化会恶化持久性能。取而代之的本专利技术中添加了0.2％～0.5％的ta元素，适量的ta元素会形成一种不易粗化的crtan相，从而避免本钢在长时服役过程中，因mx向cr(nb，v)n转变粗化而造成的性能的骤降。
24、3、本专利技术通过控制碳含量在一个较低水平，通过较低的c含量形成细小弥散的m23c6，起到弥散强化作用；通过添加一定量的cu元素抑制高温铁素体的形成，同时纳米级的富铜相的析出可以弥补v、nb的缺失，起到析出强化的作用，提高耐热钢的持久强度；添加适量的b元素，替换m23c6的c元素的位置，形成m23(c,b)6，从而减少原奥氏体晶界附近的m23c6粗化速率，显著提高蠕变强度；采用适量的w元素，提高了持久强度；采用少量ni元素，采用较高的co含量以提高基体韧性；通过合理的元素配比，能够极大的避免高温铁素体的形成，为实际生产中的锻造与热处理过程提供了更大的温度窗口。
25、本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的内容来实现和获得。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种用于630℃以上的马氏体耐热钢，其特征在于，按质量百分比计，其成分包括：C:0.01％～0.06％、Si:0.05％～0.50％、Mn:0.05％～0.70％、Cr:11％～13％、W:2.0％～3.5％、Co:4％～5％、Cu：0.8％～1.5％、Ni:0.1％～0.5％、B:0.01％～0.015％、N:0.01％～0.08％、Ta:0.2％～0.5％、Zr：0.1％～0.5％、Ce+Y：0.01％-0.3％，其余成分为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的耐热钢，其特征在于，按质量百分比计，其成分包括：C:0.01％～0.06％、Si:0.05％～0.5％、Mn:0.05％～0.70％、Cr:11％～13％、W:2.0％～3.5％、Co:4％～5％、Cu：0.8％～1.2％、Ni:0.1％～0.5％、B:0.006％～0.013％、N:0.01％～0.08％、Ta:0.28％～0.45％、Zr：0.1％～0.5％、Ce+Y：0.1％-0.2％，其余成分为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1-2任一项所述的耐热钢，其特征在于，所
4.一种用于630℃以上的马氏体耐热钢的制备方法，用于制备权利要求1-3任一项所述耐热钢，包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，高温均质化温度为1160～1200℃，保温时间为4～8h。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，始锻温度为1160～1200℃，终锻温度为850～950℃。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S4包括如下步骤：
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S401中，升温速率≤100℃/h，保温时间为1～10h。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S402中，保温时间为5～10h。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S403中，保温时间为5～10h。
...【技术特征摘要】
1.一种用于630℃以上的马氏体耐热钢，其特征在于，按质量百分比计，其成分包括：c:0.01％～0.06％、si:0.05％～0.50％、mn:0.05％～0.70％、cr:11％～13％、w:2.0％～3.5％、co:4％～5％、cu：0.8％～1.5％、ni:0.1％～0.5％、b:0.01％～0.015％、n:0.01％～0.08％、ta:0.2％～0.5％、zr：0.1％～0.5％、ce+y：0.01％-0.3％，其余成分为fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的耐热钢，其特征在于，按质量百分比计，其成分包括：c:0.01％～0.06％、si:0.05％～0.5％、mn:0.05％～0.70％、cr:11％～13％、w:2.0％～3.5％、co:4％～5％、cu：0.8％～1.2％、ni:0.1％～0.5％、b:0.006％～0.013％、n:0.01％～0.08％、ta:0.28％～0.45％、zr：0.1％～0.5％、ce+y：0.1％-0.2％，其余成分为fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1-2任一项所述的耐热钢，...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱琳，霍洁，李晓，陈楚，郭秀斌，伊鹏跃，
申请(专利权)人：天津重型装备工程研究有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。