鉻鎳銅釩鈮氮高溫耐熱耐磨鑄鋼的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鉻鎳銅釩鈮氮高溫耐熱耐磨鑄鋼，其化學(xué)成分(重量％)為：C0.3～2.0％，Si1.36～2.50％，Mn0.83～2.50％，Cr20.0～46.0％，Ni7.0～50.0％，Cu0.05～1.50％，V0.05～5.20％，Nb0.04～2.50％，N0.05～0.50％，RE0.05～0.50％，P≤0.06％，S≤0.04％，F(xiàn)e余量，用本耐熱耐磨鑄鋼制造的發(fā)電鍋爐燃燒器噴口抗熱裂性能好，具有高的紅硬性和高溫耐磨性，抗煤粉沖刷，使用壽命長，并且不開裂。
【專利說明】鉻鎳銅釩鈮氮高溫耐熱耐磨鑄鋼
[0001]本發(fā)明涉及高溫耐熱耐磨鑄鋼，特別是鉻鎳銅釩鈮氮高溫耐熱耐磨鑄鋼。
[0002]在冶金、發(fā)電、化工、建材等工廠有許多高溫磨損工況，目前火力發(fā)電廠鍋爐多在高溫高壓下運(yùn)行，其燃燒器噴口要在1000~1300°C的高溫下工作，同時(shí)要承受重懲的煤粉沖蝕磨損。因此，該噴口要求很高的耐熱耐磨性能。目前國內(nèi)多采用lCrl8Ni9T1、Cr25Ni20、Cr33Ni9N等鋼種制作。這些鋼的耐高溫磨損性能較差，特別是噴口變形開裂，使用壽命較短，表面質(zhì)量差，抗耐磨性差，影響鋼材表面質(zhì)量，急需一種新的Nb-V復(fù)合強(qiáng)化的鋼種代替。
[0003]本發(fā)明的目的是提供一種高溫耐熱耐磨鑄鋼，它能在1000~1300°C高溫下抗氧化、抗開裂、抗磨損。用來制造火力發(fā)電廠燃燒器噴口、軋鋼廠導(dǎo)板及其它在該溫度范圍工作的構(gòu)件。
[0004]本發(fā)明鉻鎳銅釩鈮氮高溫耐熱耐磨鑄鋼的化學(xué)成分(重量％ )為:C0.3~2.0%Sil.36 ~2.50% Mn0.83 ~2.50% Cr20.0 ~46.0% Ni7.0 ~50.0% Cu0.05 ~
1.50 % V0.05 ~5.20 % Nb0.04 ~2.5 % N0.05 ~0.50 % RE0.05 ~0.50 %P^0.06% S^0.04%
[0005]本發(fā)明鉻鎳銅釩鈮氮高溫耐熱耐磨鑄鋼選擇上述化學(xué)成分是基于下面的考慮:
[0006]碳(C):碳是支撐本耐熱耐磨鋼特性的主干元素，是維系合金元素的核心，與鉻、釩、鈮形成炭化物，生成Cr3C2、Cr23C6、VC、NbC，這些炭化物具有很高的硬度和熔點(diǎn)，因而提高高溫耐熱耐磨鑄鋼的強(qiáng)度 、硬度，并是穩(wěn)定奧氏體的主要元素。碳含量高，鋼的強(qiáng)度和硬度高，奧氏體組織穩(wěn)定，但是鋼的韌性差，故炭含量設(shè)計(jì)為0.3~2.0的范圍內(nèi)，根據(jù)制造工藝和介質(zhì)不同，在此范圍變動(dòng)。
[0007]鉻(Cr):是影響高溫耐熱耐磨鑄鋼抗高溫氧化性能和耐磨性能的主要元素，鉻含量低，影響Cr2O3鈍化膜的形成、降低鋼的抗氧化性能，又不利于固溶強(qiáng)化和第二相強(qiáng)化，進(jìn)而降低鋼的高溫強(qiáng)度、硬度和耐磨性能，鉻含量過高，增加成本，容易開裂，故鉻含量選定在20.0~46.0%的范圍內(nèi)。根據(jù)介質(zhì)不同，在此范圍變動(dòng)。
[0008]鎳(Ni):是穩(wěn)定奧氏體基體和提高高溫強(qiáng)度的主要元素。適宜的鎳含量可防止鑄件變形和開裂。鎳含量過低，不利于獲得穩(wěn)定的奧氏體基體，而且鑄鋼的強(qiáng)度和硬度也降低。鎳含量過高，增加成本。故鎳含量選定在7.0~50.0%的范圍內(nèi)，根據(jù)應(yīng)用介質(zhì)不同，在此規(guī)范內(nèi)變動(dòng)。
[0009]銅(Cu):對(duì)耐金屬粉化材料進(jìn)行的研究證實(shí)，在某些介質(zhì)中，形成穩(wěn)定連續(xù)的氧化物層以防止?jié)B炭以及金屬粉化所需的最低鉻含量為28%。高的鉻含量影響到相的穩(wěn)定性,所以又加入了銅,Nb-Cu復(fù)合強(qiáng)化鑄鋼表面質(zhì)量好，抗起皺性好,耐蝕性好,耐磨性也好，Cu的共格強(qiáng)化提高了抗蠕變強(qiáng)度。加Cu的高溫耐熱耐磨鑄鋼抗熱裂性能好。這是全國電廠急需解決的問題。
[0010]釩(V):釩是本鋼中不可替代的重要合金元素。釩是強(qiáng)碳化物形成元素，高的碳化物含量是構(gòu)成高溫耐熱耐磨鑄鋼特性的基礎(chǔ)。加V之后形成MC型碳化物，具有最高的高溫硬度和高溫組織與性能穩(wěn)定性。碳化釩VC高溫時(shí)不溶于奧代體而存在于剩余相中，起細(xì)化晶粒的作用；氮化釩(VN)比碳化釩能更有效地強(qiáng)化和細(xì)化晶粒，提高本鋼的耐磨性、耐高溫腐蝕性、韌性、強(qiáng)度、延展性、抗高溫蠕變等綜合力學(xué)性能，并使鋼具有良好的可焊接性能，這對(duì)高溫爐煙管和燃燒器噴口非常重要。當(dāng)釩碳比超過5.7時(shí)，可大大提高抗高溫腐蝕能力。本鋼的耐磨性隨著含釩量的增加而提高，當(dāng)釩含量超過2%時(shí)，耐磨性明顯提高。
[0011]鈮(Nb):是強(qiáng)烈形成炭化物元素。主要強(qiáng)化晶界，可顯著提高鑄鋼的高溫強(qiáng)度、硬度和耐磨性能，并可細(xì)化晶粒。本發(fā)明鑄鋼的鈮含量選定在0.04~2.5%的范圍內(nèi)。
[0012]氮(N):氮在高溫耐熱耐磨鋼起著重要的、其它元素難以替代的作用。是最有效的鎳當(dāng)量，強(qiáng)烈的穩(wěn)定奧氏體基體，與炭一起形成炭氮化物強(qiáng)化相。V (C、N)、Nb (C、N)細(xì)化晶粒，提高耐高溫水腐蝕，Cr, N, V, Nb的復(fù)合運(yùn)用，在本鋼中形成大量細(xì)小高度彌散分布的CrVN, CrNbN,起沉淀強(qiáng)化作用，氮化釩、氮化鈮均是硬質(zhì)合金，使本鋼特別耐磨；隨著鋼中含氮量的增加，促進(jìn)了保護(hù)膜中Cr2O3含量的增長，并提高了致密度，提高了耐熱腐蝕能力。
[0013]稀土(RE):加入微量稀土元素可凈化鋼水，使氧化膜更加穩(wěn)定，顯著提高鑄鋼的抗氧化性能。但是，加入過多稀土元素會(huì)產(chǎn)生非金屬夾雜物，損害鑄鋼的機(jī)械性能，故稀土含量選定至0.05~0.5%的范圍內(nèi)。
[0014]硅(Si):與鉻元素一起形成致密的氧化膜，有利于鑄鋼的抗氧化性能。但是硅易形成顯著降低鑄鋼強(qiáng)度的化合物，故將硅含量控制在1.36~2.50%的范圍內(nèi)。
[0015]錳(Mn):是穩(wěn)定奧氏體基體的元素，并且具有固溶強(qiáng)化作用，適宜的錳含量使氧化膜穩(wěn)定。但是，它損害鑄鋼的抗氧化性能，故將錳含量控制在0.83~2.50%的范圍內(nèi)。 [0016]磷⑵和硫⑶:磷和硫?yàn)楸景l(fā)明鑄鋼的有害元素，應(yīng)盡可能地降低其含量，其控制范圍分別為P≤0.06% S≤0.04%。
[0017]本發(fā)明鑄鋼與目前使用的高溫耐熱耐磨鋼，特別是用于制造火力發(fā)電廠鍋爐燃燒器噴口 ZG80Cr33Ni9N鋼和冶金工廠導(dǎo)板用ZG100Cr35Nil9鑄鋼相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0018]1、本發(fā)明鑄鋼中加入了 V、Nb元素，細(xì)化了晶粒，在提高強(qiáng)度的同時(shí)，又提高韌性，使其抗時(shí)效裂紋，這對(duì)噴口用鋼起支柱作用。
[0019]2、本發(fā)明鑄鋼中，有足夠的炭、氮含量，V、Nb、N復(fù)合應(yīng)用既提高了強(qiáng)度又改善了抗晶間腐蝕性能。氮化釩、炭化釩、氮化鈮、炭化鈮都是硬質(zhì)合金，所以在高溫下耐磨，抗煤粉沖刷性能好。
[0020]3、本鋼中加入了銅元素，Nb、Cu的復(fù)合應(yīng)用提高了鋼的抗蠕變性能，因而抗熱裂性能好。加銅也提高了耐磨性能。特別是Cr、Cu的復(fù)合應(yīng)用使本鋼提高含鉻量成為可能，甚至達(dá)到超高鉻(46% )的水平，因而更加耐磨。
[0021]4、本鋼中加入了釩元素，V、N的復(fù)合應(yīng)用生成的氮化釩，使本鋼具有良好的可焊性，氮化釩中的氮比碳化釩能夠更有效地強(qiáng)化和細(xì)化晶粒，提高綜合力學(xué)性能，而且有去除鋼中夾雜物的作用。本鋼具有高的紅硬性和高的耐磨性。
[0022]5、本發(fā)明鑄鋼中Cr含量高，Mn含量低(與ZG80Cr26Ni4Mn3N噴口用鋼相比)，同時(shí)還加入了硅元素，使S1、Nb復(fù)合應(yīng)用，改善了氧化膜結(jié)構(gòu)，故本發(fā)明鑄鋼具有很高的抗氧化性能。
[0023]6、本發(fā)明鑄鋼綜合性能好，不僅具有高的高溫強(qiáng)度、硬度和抗氧化性能，而且具有高的高溫耐磨性能。本發(fā)明鑄鋼的高溫強(qiáng)度和抗氧化性能均顯著高于Haynes556合金。
[0024]7、本發(fā)明鑄鋼不僅可用于制造火力發(fā)電廠鍋爐燃燒器噴口、高溫爐煙管、流化床風(fēng)帽、波紋板葉片，而且還用于制造軋鋼廠導(dǎo)板，冶金燒結(jié)篦條等高溫耐熱耐磨構(gòu)件，使用壽命可提高2~10倍。
[0025]下面用實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明高溫耐熱耐磨鑄鋼。
實(shí)施例:
[0026]按照本發(fā)明鑄鋼的化學(xué)成分范圍進(jìn)行配料，在150公斤感應(yīng)爐中進(jìn)行冶煉，共煉了 5爐鋼，各種鋼的化學(xué)成分見表1。綜合脫氧，適溫澆注。對(duì)于1#合金，測(cè)定其各項(xiàng)性能，結(jié)果列于表2。
[0027]表1:本發(fā)明耐熱耐磨鑄鋼的化學(xué)成分(重量％ )
[0028]
【權(quán)利要求】
1.一種鉻鎳銅釩鈮氮高溫耐熱耐磨鑄鋼，其特征在于其化學(xué)成分(重量％ )為:C0.3 ~2.0% Sil.36 ~2.50% Mn0.83 ~2.50% Cr20.0 ~46.0%Ni7.0 ~50.0% Cu0.05 ~1.50% V0.05 ~5.20% Nb0.04 ~2.50%N0.05 ~0.50% RE0.05 ~0.50% P^0.06% S^0.04% Fe 余量。
【文檔編號(hào)】C22C38/56GK103938106SQ201310020801
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2013年1月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月21日
【發(fā)明者】李東閣 申請(qǐng)人:李東閣