10Cr11Co3W3NiMoVNbNB（C1023 ）耐热钢的化学成分及作用范围

摘要：10Cr11Co3W3NiMoVNbNb（常称为 C1023 钢）是一种高性能马氏体热强钢，专为 600~650℃超临界火电设备设计，通过 “高 Cr+Co+W + 多元素复合强化” 实现了高温强度、韧性和抗氧化性的协同提升，是先进超临界汽轮机转子、叶片等核心

10Cr11Co3W3NiMoVNbNb（常称为 C1023 钢）是一种高性能马氏体热强钢，专为 600~650℃超临界火电设备设计，通过 “高 Cr+Co+W + 多元素复合强化” 实现了高温强度、韧性和抗氧化性的协同提升，是先进超临界汽轮机转子、叶片等核心部件的关键材料。

一、核心化学成分及作用（典型范围）

元素质量分数（典型值）主要作用C（碳）0.08%~0.12%低碳设计保证韧性，与强碳化物元素形成 MC、M₂C 等强化相，平衡强度与工艺性。Cr（铬）10.5%~11.5%形成 Cr₂O₃氧化膜，保障 600~650℃抗氧化性；稳定马氏体组织，提升耐蒸汽腐蚀能力。Co（钴）2.5%~3.5%核心强化元素，提高基体高温强度和蠕变抗力；抑制铁素体形成，增强组织稳定性。W（钨）2.5%~3.5%形成 W₂C 等碳化物，显著提升高温强度和回火稳定性；与 Mo 协同抑制晶界滑移。Ni（镍）0.5%~1.0%改善低温韧性，抑制脆性相析出，辅助提高淬透性。Mo（钼）0.5%~1.0%与 W 协同增强高温强度和抗蠕变性能；降低回火脆性，改善韧性。V（钒）0.15%~0.30%形成细小 VC 碳化物，细化晶粒，强化基体，提高高温硬度。Nb（铌）0.05%~0.15%形成稳定 NbC，阻止 Cr₂₃C₆在晶界析出；细化晶粒，增强热稳定性。N（氮）0.03%~0.07%与 Nb、V 形成碳氮化物，强化晶界；提高高温持久强度。B（硼）0.002%~0.006%微量 B 显著强化晶界，提高高温蠕变断裂强度和塑性，抑制晶间裂纹。P/S≤0.015%/≤0.005%超低碳控制有害元素，避免高温脆性和晶间腐蚀，保证材料纯净度。

二、关键性能特点

1. 高温力学性能

高强度与蠕变性能：经调质处理（1020~1050℃油淬 + 620~650℃回火）后，600℃抗拉强度≥800MPa，650℃仍保持≥650MPa；600℃、300MPa 应力下，蠕变断裂时间超 10 万小时，持久强度是传统 12% Cr 钢的 1.5 倍以上。

强韧性匹配：室温抗拉强度 σb≈1100~1200MPa，屈服强度 σs≥950MPa，冲击韧性 αk≥80J/cm²；-40℃低温冲击仍≥60J/cm²，解决了传统热强钢 “高温强则低温脆” 的矛盾。

抗疲劳性能：旋转弯曲疲劳强度（10⁷次）≥550MPa，缺口敏感性低，适合汽轮机转子等承受交变载荷的部件。

2. 抗氧化与耐蚀性能

高温抗氧化性：11% Cr+Co 的协同作用使其在 650℃蒸汽环境中氧化速率≤0.05mm / 年，远低于传统钢种，可长期耐受超临界机组的高温高压蒸汽腐蚀。

耐蚀性：在高温蒸汽、工业烟气中耐蚀性优异，无晶间腐蚀倾向，适合恶劣工况下的长期使用。

3. 组织稳定性

高温长期使用（≤650℃）时，组织为回火马氏体 + 弥散碳化物（W₂C、VC、NbC），无脆性相（σ 相、Laves 相）析出，10 万小时强度保持率≥90%，组织稳定性居同类钢种前列。

4. 加工性能

热加工：锻造性能良好，加热温度 1150~1200℃，需严格控制变形速率和冷却速度，适合制造大型转子锻件（单重可达百吨级）。