專利名稱：一種高溫耐熱合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種合金及其制備方法，特別是涉及ー種耐熱溫度可達(dá)1300°C左右的不含鎳或是少含鎳的高溫耐熱合金及其制備方法，屬于黑色金屬冶煉技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明給出的這種高溫耐熱鋼廣泛應(yīng)用于鋼廠軋鋼托輥、導(dǎo)輥、可控氣氛熱處理爐爐用輻射管、熱處理爐用爐底板、熱處理淬火正火退火托盤、熱處理滲碳エ裝、熱處理料框以及高溫高壓運(yùn)行的發(fā)電鍋爐用火嘴、風(fēng)帽和燃燒器、落灰管和鎂熔煉還原罐等需要耐高溫的構(gòu)件。特別是在可控氣氛熱處理爐爐用輻射管、熱處理爐用爐底板、熱處理淬火正火退火托盤、熱處理滲碳エ裝、熱處理料框等應(yīng)用領(lǐng)域更是達(dá)到先進(jìn)水平。
背景技術(shù)：
目前，國(guó)內(nèi)外常用 ZG40Cr25Ni20、ZG20Cr25Ni20Si2、ZG25Cr25Ni7 等奧氏體鋼制作高溫輻射管和爐板、淬火托盤、料框等耐熱構(gòu)件，這些鋼高溫抗?jié)B碳、抗硫蝕性差，其最高使用溫度均不超過(guò)1100°C，并且在600-800°C有脆化影響。因此在使用中常有變形、開裂、氧化、硫化氫腐蝕等現(xiàn)象，影響使用壽命。傳統(tǒng)高溫合金中含鎳量極高，在鎳價(jià)高漲的今天勢(shì)必加大生產(chǎn)成本和消耗大量資源。目前，高溫運(yùn)行的發(fā)電鍋爐燒嘴溫度高達(dá)1300°C，現(xiàn)國(guó)外采用的Cr25Ni20等耐熱鋼，使用壽命僅6個(gè)月，現(xiàn)在研究的鐵素體鐵鉻鋁電熱鋼雖可在1400°C下抗氧化，但要求精煉，不能用于鑄造。公開號(hào)為CN1876877的發(fā)明專利申請(qǐng)給出了ー種新型材料納米陶瓷復(fù)合代鎳合金，并試圖替代貴金屬鎳來(lái)制備耐熱鋼，然而，制備出來(lái)的耐熱鋼僅限于在燒結(jié)機(jī)的爐篦條上使用，使用溫度也在1100°C以下且不能在水冷油冷中應(yīng)用。本發(fā)明人通過(guò)實(shí)驗(yàn)和探索，發(fā)明了使用溫度高并且可用于水冷和油冷的熱處理工裝、工具以及熱處理設(shè)備上使用的新型耐熱鋼。時(shí)至今日，本發(fā)明人尚未檢索到本領(lǐng)域利用納米陶瓷復(fù)合代鎳合金替代貴金屬 鎳來(lái)制備耐熱溫度達(dá)1300°C左右的高溫耐熱鋼的信息公布
發(fā)明內(nèi)容
:本發(fā)明的目的就在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，研制ー種新型、可用于鑄造的不含鎳或少含鎳的高溫耐熱合金及其制備方法，通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)對(duì)現(xiàn)有高溫耐熱鋼合金成分的不斷優(yōu)化和制備方法的改進(jìn)，提供了一種新的高溫耐熱合金(簡(jiǎn)稱GWNR1300)及其制備方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題。本發(fā)明通過(guò)在鋼中以納米陶瓷復(fù)合代鎳合金(以下簡(jiǎn)稱D代鎳合金)替代鎳和調(diào)整鋼的化學(xué)成分，使其獲得良好的機(jī)械性能、焊接性能、鑄造性能以及加工性能，并應(yīng)在1250 1350°C下抗氧化、抗?jié)B碳、抗硫蝕。避免了在600-800°C脆化現(xiàn)象，且具有較高的高溫強(qiáng)度。且抗拉強(qiáng)度比傳統(tǒng)高溫合金(如ZG2Cr25Ni20Si2)提高20%以上，使用壽命延長(zhǎng)40%以上，成本降低30%。同時(shí)可用于水冷和油冷的熱處理工裝、工具以及熱處理設(shè)備上使用的新型耐熱鋼。本發(fā)明給出的技術(shù)解決方案是:這種高溫耐熱合金的特點(diǎn)是其成分為(Wt% ):C:0.10 0.40，Cr:18 28，Mn:彡 1.0，S 彡 0.03，P:彡 0.025，
S1:0.5 2.(代鎳合金):1 8N1:彡10余量為鐵。為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，所述高溫耐熱合金較好的成分為(Wt% ):C:0.2 0.22，Cr:24 26，Mn 彡 1.0，S 彡 0.03，P 彡 0.025，S1:1.3 1.5，D(代鎳合金):3 6，N1:2.0 2.2，余量為鐵。為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，所述高溫耐熱合金較好的成分為(Wt% ):C:0.22，Cr:25，Mn:0.89，S:0.029，P:0.024，S1:1.4，D(代鎳合金):5.0，N1:2.3，余量為鐵。為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，所述高溫耐熱合金較好的成分為(Wt% ):C:0.24，Cr:23，Mn:1.0，S:0.03，P:0.022，S1:1.5，D(代鎳合金):5.40，N1:1.56，余量為鐵。為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，所述高溫耐熱合金較好的成分為(Wt% ):C:0.20，Cr:22，Mn:1.1，S:0.03，P:0.022，S1:1.6，D(代鎳合金):4.80，N1:0，余量為鐵。為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，所述高溫耐熱合金較好的成分為(Wt% ):C:0.21，Cr:25， Mn:1.0，S:0.03，P:0.022，S1:0.62，D(代鎳合金):5.60，N1:1.0，余量為鐵。為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，所述高溫耐熱合金較好的成分為(Wt% ):C:0.25，Cr:20，Mn:1.2，S:0.04，P:0.021，S1:1.4，D(代鎳合金):6.80，N1:1.0，余量為鐵。本發(fā)明給出的這種高溫耐熱合金的各組分均可由市場(chǎng)上購(gòu)得，其中D代鎳合金為公開號(hào)CN1876877的發(fā)明專利申請(qǐng)給出的納米陶瓷復(fù)合代鎳合金。本發(fā)明給出的這種高溫耐熱合金的制備方法為:當(dāng)金屬爐料熔化到1630°C溫度時(shí)，倒出三分之ー鋼水于澆包中，將D代鎳合金加入電爐中，同時(shí)將鋼水倒回到電爐中，繼續(xù)升高溫度至1650-1670°C時(shí)即可出鋼水、除渣進(jìn)行澆注，然后進(jìn)行650 750°C保溫3-5小時(shí)爐冷退火處理。也可以在熔煉金屬爐料的同時(shí)加入D代鎳合金，但需要進(jìn)行均勻攪拌，升高出鋼水溫度至1650°C時(shí)，除渣進(jìn)行澆注，然后進(jìn)行650 750°C保溫3-5小時(shí)爐冷退火處理。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果是:本發(fā)明的鋼種可用普通中頻、エ頻感應(yīng)電爐熔煉，利用常規(guī)爐料，采用通用的鋳造方法進(jìn)行生產(chǎn)。D代鎳合金的加入，與鉻金屬配合保證高溫抗氧化性的前提下，經(jīng)回火處理，提高機(jī)械強(qiáng)度和高溫強(qiáng)度。特別是在抗氧化方面與加鎳合金(如ZGlCr25Ni20)相比具有很大優(yōu)勢(shì)(表I)?？估瓘?qiáng)度比傳統(tǒng)高溫合金(如ZG2Cr25Ni20Si2)提高20%以上，使用壽命延長(zhǎng)40%以上。可用于水冷和油冷的熱處理工裝、工具以及熱處理設(shè)備上使用的新型耐熱鋼。本發(fā)明適用于工作在1250 1350°C及低于該溫度的耐熱結(jié)構(gòu)件，并具有高溫下抗氧化、抗?jié)B碳、抗硫蝕的特點(diǎn)。可用于高溫加熱爐爐底板、淬火正火托盤、料框、輻射管、電廠鍋爐高溫?zé)?、鋼廠軋鋼托輥、導(dǎo)輥、鎂熔煉還原罐等。本發(fā)明的最大特點(diǎn)是在提高高溫使用壽命的同時(shí)，相應(yīng)減小了エ裝的重量，降低了能源的消耗，特別是大幅降低了爐底板、淬火正火托盤、料框、輻射管、電廠鍋爐高溫?zé)?、鋼廠軋鋼托輥、導(dǎo)輥、鎂熔煉還原罐等的制造成本，提高利潤(rùn)。
具體實(shí)施方案下面結(jié)合具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做詳細(xì)介紹:實(shí)施例1生產(chǎn)淬火用托盤，料盤重三噸，爐料按照下列成分配比(Wt%):C:0.22，Cr:25，Mn:0.89，S:0.029，P:0.024，S1:1.4，D (代鎳合金):5.0，N1:2.3，余量為鐵。進(jìn)行澆注，除D代鎳合金以外的其他合金組份在電爐中進(jìn)行熔煉。當(dāng)溫度達(dá)到澆注溫度1620°C時(shí)，倒出三分之ー鋼水，同時(shí)加入D代鎳合金。繼續(xù)加熱提高1650 1670°C出水澆注。退火處理后，機(jī)械性能為抗拉強(qiáng)度710Mpa，屈服強(qiáng)度560Mpa，延伸7%，硬度HB241。使用ニ年零七個(gè)月，托盤仍然完好，沒(méi)有氧化、開裂、嚴(yán)重變形等缺陷。實(shí)施例2:生產(chǎn)180KW高溫爐用爐底板。爐料按照下列成分配比(Wt% ):C:0.24，Cr:23，Mn:1.0，S:0.03，P:0.022，S1:1.5，D(代鎳合金):5.40，N1:1.56，余量為鐵。將D代鎳合金與其他合金在電爐中同時(shí)進(jìn)行熔煉，當(dāng)溫度達(dá)到溫度1620°C吋，繼續(xù)加熱提高30 50°C出鋼水澆注。完后進(jìn)行650 750°C保溫3_5小時(shí)爐冷退火處理，使用三年多仍然完好。實(shí)施例3:生產(chǎn)熱處理料框。爐料按照下列成分配比(Wt%):C:0.20，Cr:22，Mn:1.1，S:0.03，P:0.022，S1:1.6，D (代鎳合金):4.80，N1:0，余量為鐵。D代鎳合金與其他合金在電爐中進(jìn)行熔煉，當(dāng)溫度達(dá)到1650°C澆注溫度吋，出鋼水澆注。料框冷卻完后進(jìn)行650 750°C保溫3-5小時(shí)爐冷退火處理，使用30個(gè)月仍然完好。實(shí)施例4:生產(chǎn)熱處理滲碳エ裝。爐料按照下列成分配比(Wt%):C:0.21，Cr:25，Mn:1.0，S:0.03，P:0.022，S1:1.3，D(代鎳合金):5.60，N1:1.0，余量為鐵。當(dāng)鋼水溫度達(dá)到1620°C時(shí)，倒出三分之ー鋼水，同時(shí)加入D代鎳合金，將倒出的鋼水倒回爐內(nèi)。繼續(xù)加熱提高溫度到1650°C出鋼水澆注。料框冷卻完后進(jìn)行650 750°C保溫3-5小時(shí)爐冷退火處理，機(jī)械性能為抗拉強(qiáng)度700Mpa，屈服強(qiáng)度540Mpa，延伸7 %，硬度HB231。(性能比傳統(tǒng)同類型耐熱鋼提高20%以上)使用三年七個(gè)月后エ裝仍然完好，沒(méi)有氧化、開裂、氧化現(xiàn)象。實(shí)施例5:鎂熔煉還原罐。爐料按照下列成分配比(Wt%):C:0.25，Cr:20，Mn:1.2，S:0.04，P:0.021，S1:1.4， D(代鎳合金):6.80，N1:1.0，余量為鐵。
D代鎳合金與其他合金在電爐中進(jìn)行熔煉，當(dāng)溫度達(dá)到1650°C澆注溫度時(shí)，出鋼水澆注。料框冷卻完后進(jìn)行650 750°C保溫3-5小時(shí)爐冷退火處理，使用14個(gè)月仍然完好(傳統(tǒng)同類型耐熱鋼一般使用5-6個(gè)月)。表I加鎳合金與加代鎳合金氧化試驗(yàn)數(shù)據(jù)

權(quán)利要求
1.一種高溫耐熱合金，其特征在于其成份為(wt% ):C:0.10 0.40，Cr:18 28，Mn:≤ 1.0，S ≤ 0.03，P:≤ 0.025， S1:0.5 2.5D (代鎳合金):1 8N1:≤ 10余量為鐵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述高溫耐熱合金，其特征在于所述高溫耐熱合金較好的成份為(Wt % ):C:0.2 0.25，Cr:24 26，Mn ≤ 1.0，S ≤ 0.03，P ≤ 0.025， S1:1.3 1.5，D(代鎳合金):3 6，N1:2.0 2.2，余量為鐵。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述高溫耐熱合金，其特征在于所述高溫耐熱合金較好的成份為(Wt % ): C:0.22，Cr:25, Mn:0.89，S:0.029，P:0.024，S1:1.4， D(代鎳合金):5.0, N1:2.1，余量為鐵。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述高溫耐熱合金，其特征在于所述高溫耐熱合金較好的成份為(Wt % ): C:0.24，Cr:23, Mn:1.0，S:0.03，P:0.022，S1:1.5， D(代鎳合金):5.40，N1:1.56，余量為鐵。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述高溫耐熱合金，其特征在于所述高溫耐熱合金較好的成份為(Wt % ): C:0.20，Cr:22, Mn:1.1，S:0.03，P:0.022，S1:0.62， D (代鎳合金):4.80，N1:0，余量為鐵。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述高溫耐熱合金，其特征在于所述高溫耐熱合金較好的成份為(Wt % ): C:0.21，Cr:25, Mn:1.0，S:0.03，P:0.022，S1:1.3， D(代鎳合金):5.60，N1:1.0，余量為鐵。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述高溫耐熱合金，其特征在于所述高溫耐熱合金較好的成份為(Wt % ): C:0.25，Cr:24, Mn:1.2，S:0.04，P:0.021，S1:1.4， D(代鎳合金):6.80，N1:1.0，余量為鐵。
8.權(quán)利要求1所述高溫耐熱合金的制備方法，其特征在于: 當(dāng)金屬爐料熔化到1630°C溫度時(shí)，倒出三分之ー鋼水于澆包中，將D代鎳合金加入電爐中，同時(shí)將鋼水倒回到電爐中，繼續(xù)升高溫度至1650-1680°C時(shí)即可出鋼水、除渣進(jìn)行澆注，然后進(jìn)行650 750°C保溫3-5小時(shí)爐冷退火處理； 或在熔煉金屬爐料的同時(shí)加入D代鎳合金，進(jìn)行均勻攪拌，升高出鋼水溫度至1660°C時(shí)，除渣進(jìn)行澆注，然后進(jìn)行650 750°C保溫3-5小時(shí)爐冷退火處理。
全文摘要
一種高溫耐熱合金及其制備方法，涉及一種不含鎳或少含鎳的鑄造高溫耐熱合金，通過(guò)采用納米陶瓷復(fù)合代鎳合金(簡(jiǎn)稱代鎳合金D)替換通常高溫合金中等量的鎳，使其獲得良好的鑄造性能和鑄態(tài)下的機(jī)械性能，并具有良好的可焊接性。該鋼能在1250～1350℃高溫下抗氧化、抗?jié)B碳、抗硫化，且抗拉強(qiáng)度比傳統(tǒng)高溫合金(如ZG2Cr25Ni20Si2)提高20％以上，使用壽命延長(zhǎng)40％以上，成本降低30％。具有較高的高溫強(qiáng)度。廣泛應(yīng)用于熱處理爐底板、底輥、淬火正火托盤、料框、電廠鍋爐高溫?zé)?、燃燒器、落灰管、鋼廠軋鋼托輥、導(dǎo)輥，鎂熔煉的還原罐等要求耐高溫的結(jié)構(gòu)件。其突出特點(diǎn)是滿足使用要求前提下大幅降低成本，延長(zhǎng)使用壽命。
文檔編號(hào)C22C33/04GK103088265SQ20111033582
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2011年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月28日
發(fā)明者曲德毅 申請(qǐng)人:曲德毅