CNRE Heat-Resistant Steels for Components in Ultra-High Temperature

Hu Xiaoqiang; Zheng Leigang; Xia Lijun; Yuan Lin; Li Dianzhong

doi:10.20057/j.1003-8620.N250524

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CNRE Heat-Resistant Steels for Components in Ultra-High Temperature

Product Research and Development | 更新时间：2025-11-06

- CNRE Heat-Resistant Steels for Components in Ultra-High Temperature
- Special Steel Vol. 46, Issue 6, Pages: 72-80(2025)
- 作者机构：
  
  中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心，沈阳 110016
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.20057/j.1003-8620.N250524
  CLC： TG142
- Received：22 August 2025，
  
  Revised：2025-09-08，
  
  Accepted：09 September 2025，
  
  Published：30 November 2025
- 稿件说明：
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胡小强,郑雷刚,夏立军等.CNRE超高温稀土耐热钢的研发与应用[J].特殊钢,2025,46(06):72-80.

Hu Xiaoqiang,Zheng Leigang,Xia Lijun,et al.CNRE Heat-Resistant Steels for Components in Ultra-High Temperature[J].Special Steel,2025,46(06):72-80.
胡小强,郑雷刚,夏立军等.CNRE超高温稀土耐热钢的研发与应用[J].特殊钢,2025,46(06):72-80. DOI： 10.20057/j.1003-8620.N250524.

Hu Xiaoqiang,Zheng Leigang,Xia Lijun,et al.CNRE Heat-Resistant Steels for Components in Ultra-High Temperature[J].Special Steel,2025,46(06):72-80. DOI： 10.20057/j.1003-8620.N250524.

摘要

传统高Cr-高Ni型耐热钢在1 000 ℃以上超高温服役时，由于内氧化严重和高温强度不足，难以满足耐热部件严苛的选材要求，成为制约高温装备发展的瓶颈。针对传统高Cr-高Ni型耐热钢存在的上述问题，本研究基于C+N+RE共合金化的设计思想，开发了自主特色品种——CNRE超高温稀土耐热钢。CNRE超高温稀土耐热钢的合金设计思想是，在Mn、N代Ni显著降低合金成本的基础上，借助C+N共合金化，调控晶界析出相，抑制沿晶内氧化，并提高初始强度；利用稀土微合金化，稳定高温组织，提升高温性能。CNRE超高温稀土耐热钢的

［Ni］均不超过5%，合金成本较HK40（ZG40Cr25Ni20）等传统高Cr-高Ni型耐热钢降低50%以上，高温性能达到甚至超过传统高Cr-高Ni型耐热钢水平。采用CNRE超高温稀土耐热钢研制的热等静压料筐组件等耐热部件，完全能够满足1 250 ℃/138 MPa的服役工况要求，成功替代了原有昂贵的进口钼合金选材；研制的连续热处理炉的炉底辊耐热部件，使用寿命与HP40（ZG40Cr25Ni35NbM）耐热钢相当，并且有效解决了炉底辊表面结瘤等技术难题。目前，CNRE超高温稀土耐热钢已应用于制造冶金机械、石油化工、能源环保等领域的诸多耐热部件，为高温装备的成本控制、性能优化和自主可控提供了强有力的技术支撑。CNRE超高温稀土耐热钢的研发，也为少合金化钢种的开发提供了新的思路。

Abstract

Under the ultra-high temperature service conditions above 1 000 ℃， the traditional high Cr-Ni heat-resistant steels struggle to meet the rigorous material requirements for heat-resistant components due to their severe internal oxidation and insufficient high-temperature strength， becoming a bottleneck restricting the development of high-temperature equipment. To address those critical issues of current traditional high Cr-Ni heat-resistant alloys， the present work has innovated CNRE heat-resistant steels for components in ultra-high temperature， synchronously alloyed with carbon， nitrogen and rare earth elements. Firstly， the alloy costs of CNRE heat-resistant steels have been significantly reduced by substituting Mn and N for Ni. Secondly， intergranular oxidation of CNRE heat-resistant steels has been suppressed by C+N co-alloying to control grain boundary precipitates during sevicing at ultra-high temperature for long term， while the initial strength has enhanced through solution and precipitation strengthening effects. Additionally， the high-temperature microstructure of CNRE heat-resistant steels has been stabilized with rare earth elements， and then the elevated-temperature strength of those steels could be enhanced. Compared to the typical traditional high Cr-Ni heat-resistant steel of HK40 （ZG40Cr25Ni20）， CNRE heat-resistant steels with less than 6% Ni have reduced the alloy costs by over 50%， but could still achieve the comparable or superior high-temperature performance. At present， CNRE heat-resistant steels have been adopted to make a lot of components for metallurgical machinery， petrochemicals， energy and power plants. It provides strong technical support for cost control， performance optimization and independent control of high-temperature equipments. For example， containers made by CNRE heat-resistant steels instead of the expensive imported molybdenum alloy have completely met service condition requirements of 1 250 ℃/138 MPa in hot isostatic pressing （HIP） equipments. Also， bottom rollers made by CNRE heat-resistant steels， substituting the traditional high Cr-Ni heat-resistant steel of HP40 （ZG40Cr25Ni35NbM）， have effectively resolved the surface nodulation issue in continuous heat treatment furnaces. Meaningfully， those novel CNRE heat-resistant steels has enlightened a new concept on the steels with less content of alloying elements.

关键词

Keywords

references

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