[发明专利]一种高温抗烧蚀低碳中低合金钢及其制备方法

说明书

一种高温抗烧蚀低碳中低合金钢，其特征在于：所述低碳中低合金钢的化学成分按重量百分比计为0＜C＜0.2%、Cr：2.5~3.5%、Mo：0.5~1.4%、Ni：1.6~2.0%、W：0.2~0.5%、V：0.3~0.8%、Nb：0.03~0.08%，其余成分为Fe。本发明通过不提高合金含量，而是优化合金元素的方法提高低碳中低合金钢抗烧蚀性能，具有合金量低、成本低、工艺简单可行，本发明方法在同时保证了优异的强度和韧性的基础上，有效提高了合金钢的高温抗烧蚀性能，烧蚀坑最大直径为5mm，最大深度为3mm。

技术领域

本发明涉及合金钢技术领域，具体涉及一种高温抗烧蚀低碳中低合金钢及其制备方法。

背景技术

调质处理的Cr-Mo系合金钢因其室温韧性、低温冲击韧性、综合机械性能等优良，是广泛应用的一种结构材料，大量运用到机械或装备上。此外，Cr-Mo系合金钢还具有较好的高温性能，已广泛应用到动力系统热端部件。但是在较高的温度下、氧含量较高以及发生机械摩擦和撞击等环境和条件下，合金钢会发生一种不同于氧化、高温熔化，而是类似于木材、尼龙等剧烈燃烧的现象，即金属燃烧。合金钢发生燃烧，会产生明显的烧蚀坑，烧蚀坑的出现一是大大降低了合金钢构件的力学性能，导致寿命降低，二是，使构件的外形结构不能满足使用要求。随着使用温度的升高、氧分压越高以及发生摩擦、碰撞概率越大，合金钢发生燃烧的情况越发增多。燃烧已成为限制合金钢在热端部件更广泛使用的重要因素之一。

因此，针对提高Cr-Mo系合金钢高温抗烧蚀性能的需求，基于现有Cr-Mo系合金材料，有必要开发一种室温高强高韧、高温抗烧蚀性能优良的低碳中低合金钢，扩大Cr-Mo系合金钢在高温领域的应用范围。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高温抗烧蚀低碳中低合金钢。

本发明另一目的在于提供上述高温抗烧蚀低碳中低合金钢的制备方法。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种高温抗烧蚀低碳中低合金钢，其特征在于：所述低碳中低合金钢的化学成分按重量百分比计为0＜C＜0.2％、Cr：2.5～3.5％、Mo：0.5～1.4％、Ni：1.6～2.0％、W：0.2～0.5％、V：0.3～0.8％、Nb：0.03～0.08％，其余成分为Fe。合金设计时提高合金钢高温抗烧蚀性能主要通过降低C、Mo等易燃烧的合金元素含量，提高Ni、V等不易燃烧合金元素含量，并通过复合合金化形成复杂碳化物改变易燃烧合金元素的抗烧蚀性能。

优选的，上高温抗烧蚀低碳中低合金钢的化学成分按重量百分比计为0＜C＜0.2％、Cr：2.8～3.0％、Mo：0.6～1.2％、Ni：1.6～2.0％、W：0.2～0.5％、V：0.6～0.8％、Nb：0.03～0.04％其余成分为Fe。

上述高温抗烧蚀低碳中低合金钢的制备方法，依次通过合金化设计、熔炼、退火处理、锻造，其特征在于：锻造后还进行一次退火处理、固溶淬火处理和回火处理；所述锻造后进行的退火处理是采用不超过100℃/h的升温速率升至退火温度690～710℃，保温时间15～18h，停止保温后，随炉冷，降温至400℃后出炉空冷；所述固溶淬火处理是将退火后的精锻坯先在850～900℃下保温1.5h，再将固溶温度升至980～1030℃，保温3～5h，随后先淬水，时间为2～5min，出水后温度在110～150℃，最后淬油，时间为6～10min，温度降至100℃以内。

较高的固溶温度，可以增加合金元素的固溶量，从而增加材料的室温强度和硬度，但是过高的温度会导致基体晶粒长大，从而又降低材料的强度。本领域均知晓，合金钢中合金成分及含量的细微变化，均会对合金的性能产生影响。本发明同时添加W、V、Nb，并控制其添加量，形成的一次碳化物，在980～1030℃高温固溶时，合金元素充分回溶，促进高熔点、高稳定性WC、VC、NbC碳化物在基体中的均匀扩散，多种碳化物的配合，达到强化作用，提高了固溶与淬火马氏体中各元素的脱溶温度，达到高温环境下有具有高强度和高硬度，脱溶温度的提高，使得在高温时基体长大受到抑制，保证了其室温强韧性不下降。