发明申报书
发明申报书是对重大科学技术新成就，按照国家申请发明权的规定所撰写的一种书面报告材料，它是国家鉴定一项发明权的文字凭证。
按照科学技术领域分类，发明申报书可分为设备发明申报书、方法发明申报书、物质发明申报书、新用途发明申报书四种。
所谓设备发明申报书，即就技术设备方面的发明申报发明权的文字材料。设备包括机组、机器、器械、仪器仪表、电路、工具、零部件等。
所谓方法发明申报书，即对技术方法方面的发明申报发明权的文字材料。方法包括设计方法、新工艺、加工方法、测量方法、控制方法、安装方法、采伐方法、栽培方法以及其它方法。
所谓物质发明申报书，即对物质发明方面的发明申报发明权的文字材料。物质包括用化学方法获得的物质和用非化学方法获得的物质两大类。
所谓用途发明申报书，即对已知的设备、方法、物质发明找到了非传统的新用途而写的申报文字材料。
按照发明权利分，可分为单项制发明申报书和多项制发明申报书两种。
所谓单项制发明申龚书，即该技术发明权项为单项的发明申报书。
所谓多项制发明申报书，即该技术发明权项为多项的发明申报书。
发明申报书由国家科委制订统一的表格，编写格式的主要项目和国家发明奖申报书大体相似，填写时可以参考上节中的有关介绍。
发明申报书中有“附件目录”一项，指的是必须随发明申报书附以下四个附件：查阅国内外专利文献及非专利文献情况、技术鉴定证书、应用证明、发明人情况。附件大小和发明书大小相同，装订在发明申报书后面。
【范例】：
发明申报书
发明的详细内容及列为发明的理由(12)
一、当前国内外尚未解决(或国外保密)的技术问题(11－1)
本发明属于合金钢领域，主要用于制造锅炉过热器及再热器。锅炉过热器及再热器是蒸气动力设备的关键部件，不仅要求材料有良好的工艺性能和高温下有足够的表面稳定性，更重要的是要求材料在可能引起强烈蠕变的温度和压力条件下，可以工作十万小时以上。随着蒸汽参数的提高，当使用温度超过580℃时，在国外即使是性能较高的
Cr－1M0、12Cr1M0V钢也能以满足高温段过热器及再热器的要求。因此不得不采用高合金铬镍奥氏体钢及某些12%Cr型马氏体钢。
和本发明最相近的钢种为苏联发展的12×2MΦCP，其化学成分(重量%)为：C0．08～0．15，Cr1．6～1．9，M00．5～0．7，V0．20～0．35，B≤0．005，余为铁及杂质。
使用奥氏体钢需要大量稀缺昂贵的镍铬，提高了机组造价，由于奥氏体钢的工艺和物理性能都较差，在运行过程中发生损坏的情况也较多。据美国统计，用321奥氏体钢制成的过热器损坏事例占26%，而用低合金钢只占9%〔附件一〕。
为了力求不用或少用奥氏体钢，近20年来世界各地对提高中、低合金钢的热强性方面进行了大量的研究工作，研制的钢种见表1(改编者略)。
从表中所列钢种及其持久强度看来，当温度为600～620℃时，热强性都没有达到镍铬奥氏体钢的水平。1976年法国专利2290503〔附件一〕中1Cr－1Mo－V－Nb－B钢在600℃下具有较高的持久强度(
为10～12．5公斤／毫米2)，但因铬含量过低，抗氧化性不足。日本发展的HCM9M〔附件一〕抗氧化性虽好，而热强性又太低(
为6．2公斤／毫米2)。苏联早期研制的钢种量多，但可靠数据很少，由于对新钢种的性能没有完全掌握，就列标投入使用，致使苏联制造的30万千瓦机组在60年代出了不少爆管事故。此外，英苏等国还试验研究过一些含强化元素相当高的含铌的中铬钢，但均因工艺性能及焊接性能差而未应用。
由于上述原因，虽然人们早已察觉到提高蒸汽参数对节省能源的重大意义，但仍不得不在提高参数与选用材料之间作出权衡。目前各主要发达国家对新建机组所采用的参数大都为540℃／540℃。即使如此，仍需使用一部分镍铬奥氏体钢。
本发明针对锅炉用热强钢存在的上述问题，结合国内资源条件，采用多元适量复合强化手段及适当的热处理工艺，研制了一种低合金热强钢12Cr2M0WVTiB(简称102钢)。此钢不仅在600～620℃的热强性达到了常用的镍铬合金奥氏体钢的水平，而且综合机械性能、工艺性能及焊接性能均优于镍铬奥氏体钢。
二、发明的详细内容及发明权项(11－2)
1．为了满足600～620℃发电机组锅炉过热器及再热器的要求，本发明以×%Cr为基。采用多元低合金及微量硼复合强化。其化学成分(重量%)为：C×××；Si×××，Mn×××，Cr×××，MO×××，W×××，V×××，Ti×××，B×××，其余为铁及杂质。热处理后的机械性能及抗氧化性能见表2。
表2
102钢的持久强度见下页表3。本发明在成分设计及控制方面进行了以下工作。
(1)铬硅含量的选择。为了尽可能利用铬对提高热强性的有益作用，而又不致使抗氧化性不足，规定了铬的含量范围。同时在钢中加入高于常量的硅，利用Cr－Si复合以保证钢的抗氧化性，从既能较显著地提高抗氧化性而又不致使焊接性能明显变差两方面考虑，规定了Si的含量范围。
(2)为了显著提高钢的热强性，采用V－Ti复合沉淀强化，钢经正火加高温回火后，二次析出相主要是(V、Ti)C，它属于MC型面心立方相，具有键合力很强的密排结构及良好的稳定性。为了收到最佳的沉淀强化效果和在高温长期时效时使固溶强化元素尽可能多地保持在固溶体中，结合多炉次的持久强度试验及相分析结果，规定了易于使V、Ti与C成适当配比的内控含量范围。
(3)W－M0复合强化。M0是最有效的固溶强化元素，但它易于向炭化物中富集，单靠提高M0含量并不能达到提高固溶强化目的，因此，适当降低M0含量复合少量W，可以使固溶体贫M0过程减慢，规定了M0、W含量均按标准成分的中下限控制。
表3
注：①、②、③为不同的热处理制度(改编者略)。
(4)用微量硼合金化，硼对过冷奥氏体动力学转变曲线有明显影响，它使C曲线上鼻部强烈右移，使102钢在相当宽的正火冷速范围内均能得到单一的贝氏体组织。B参与炭化物反应形成M23(C、B)及V(C、B)等，因而对炭化物的成分、大小数量及稳定性产生有利影响。从提高热强性同时保证钢具有良好的加工性能考虑，规定了B含量范围。
基于上述机理，规定了102钢的化学成分，并提出了下列内控成分(重量%)为×××……。
2．热处理制度的选择。为了充分发挥102钢的热强性并使其具有良好的综合机械性能，规定了比较合适的正火温度和较高的回火温度。正火温度为××××～××××℃，时间不少××分钟，回火温度为×××～×××℃，时间×小时，空冷。
3．焊接材料及焊接工艺
(1)手工电弧焊采用“热347”焊条，其成分与母材相似。小口径管(≤Φ51mm)对接焊时，焊前一般可不进行预热，但与联箱管边角接焊时，焊前须经×××℃左右的预热。
(2)含钴焊丝。为了适应102钢具有较高持久强度的特点及得到优质焊接接头，研制了
Cr－M0－W－V－Nb－1C0－B气焊焊丝。其化学成分(重量%)为××××……。加入一定数量的钴可使固溶强化作用有所加强，并使沉淀强化相更加弥散稳定。该焊丝焊接工艺性能良好，可满足焊接生产和运行使用的要求。该焊丝也可用于等离子焊工艺。
(3)为了采用优质高效的等离子焊取代摩擦焊工艺，进行了等离子焊参数组合试验，确定了焊接102钢管的最佳工艺参数(见表4)。实践表明，102钢在对接焊工艺中，手工氩弧焊时，工艺性能及操作与同规格的12Cr1M0V钢管相似，而对全厚度等离子焊来说，102钢管比12Cr1M0V钢管更易于单面焊双面成型。
表4
(数字由改编者略)
发明权项
1．锅炉用新型低合金热强钢(12Cr2M0WVTiB)以×%Cr为基，采用多元复合合金化，其化学成分(重量%)为：C×××，Si×××，Mn×××，Cr×××，W×××，V×××，Ti×××，B×××其余为铁及杂质。经热处理后，可以提高钢在600～620℃的持久强度，具有良好的综合机械性能及焊接性能。
2．根据第一项，多元复合合金化应使V、Ti与C按×××……配比，内控成分(重量%)为：C×××，Si×××，Mn×××，Cr×××，W×××，V×××，Ti×××，B×××其余为铁及杂质。
3．根据第一项，钢的正火温度为×××～×××℃，时间不少于××分钟，回火温度为×××～×××℃，时间×小时，空冷。
4．根据第一项，手工电弧焊采用与母材成分相近的“热347”焊条。对于≤Φ51毫米钢管的焊接，焊前可不进行预热，但当与联箱管边角焊接时，焊前需进行×××℃左右的预热。
5．根据第四项含钴镍焊丝的化学成分(重量，%)为×××，等离子焊接规范参数为×××……。
三、发明的作用意义(11－3)
1．性能对比：
102钢的合金元素总量只有3．5%左右，而其热强性则远超过了国外现有同类型钢及合金钢，达到了国外通常使用的高合金钢的水平。对比数据见表3。
2．经济效益：
在壁温600～620℃下，用102钢管取代12NiCr1M0V耐热钢管，一台20万千瓦机组锅炉的钢材费用可节省25万元。一年以6台计算，可节省150万元。目前已制成20万千瓦机组27台，共节省了672万元。102钢不仅在20千瓦机组上取代了昂贵的镍铬奥氏体钢，为国家节省了大量外汇，还在数十台5万、10万千瓦机组上取代12Cr1M0V钢作屏式过热器外圈，节省了材料费。
3．壁温600～620℃的锅炉受热面钢管，国外通常须使用镍铬奥氏体钢管。这种钢管冷弯后，必须对冷弯部分进行高温固溶处理，用102钢管时，冷弯后不必进行任何热处理，既简化了工艺又降低了制造成本。102钢除含少量铬外，其它合金元素均为我国所富有，有利于材料立足于国内。在5万、10万千瓦机组上取代12Cr1M0V钢作屏式过热器外圈，提高了发电机组运行的安全可靠性。过去使用12Cr1M0V钢管时，经常发生外圈爆管停炉，改用102钢后已避免了此类事故的发生。
四、发明可以应用的事实根据(11－4)
到1980年，北京钢厂生产的102钢已达5000吨。该厂工业试制的Φ32×4，Φ32×6mm102钢管，安装在北京热电厂，参数为555℃、140大气压顺流布置的七号炉作屏式过热器和高温三段过热器，于1966年3月开始运行至今已有11万小时，从未出现任何问题。
哈尔滨锅炉厂设计制造的20万千瓦汽轮发电机组锅炉设计参数为：蒸汽出口温度540℃／540℃，蒸汽出口压力140／36大气压。该炉的前后屏式过热器外圈、再热器高温段采用了102钢管，规格为Φ38×4．5、Φ42×5及Φ42×3．5mrn。这台炉子是我国设计制造的第一台20万千瓦机组超高压锅炉，朝阳发电厂于1973年4月1日并网发电，至1980年末已运行近8年，累计运行时间已近50000小时，证明102钢管在壁温610℃左右运行是稳定、正常的，有足够的安全可靠性。
目前哈尔滨锅炉厂、东方锅炉厂用102钢制造的20万千瓦机组已有27台。
我国第一台特大型60万千瓦机组(蒸汽参数为540℃、174大气压)即将投建，该配套锅炉的设计引进了美国CE公司技术。其中高温段过热器原设计须用含铌的铬镍高合金奥氏体钢(347)现已采用102钢取代大部分347钢。
本钢种于1980年12月由冶金部军工办组织鉴定(附件二)。应用证明见附件三。
五、保密重点(11－5)
1．钢的内控成分。
2．焊丝成分及等离子焊接规范参数。附件目录：
一、查阅国内外专利文献及非专利文献情况
二、鉴定证书
三、应用证明
四、发明人情况表
(所有附件均由改编者从略)
申报部门审查意见(14)
本发明结合我国资料条件，采用多元适量复合强化手段及适当的热处理工艺，研制成功102钢及焊接材料，工作温度可达620℃。目前世界各国大型电站锅炉(540℃，140大气压)过热器及再热器金属材料使用温度超过600℃时均使用铬镍奥氏体钢。102钢不仅在600～620℃热强性达到了奥氏体钢水平，而且综合机械性能、工艺性能及焊接性均优于奥氏体钢。到1980年102钢管的累计产量已达5000吨，制成27台20万千瓦机组，其中运行最长的已达11万小时(12年多)。经长期使用证明，该钢性能稳定，安全可靠，未发生任何爆管事故。用低合金钢代替铬镍奥氏体钢可节约铬镍资源、降低锅炉成本，具有明显的经济效果。特申请二等奖，定为秘密级。
冶金下业部
1981年6月8日
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