一種中碳FeCrSiWMoAl沉沒輥用鋼及其制造方法
【技術領域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種合金鋼及其制備方法，具體地說是一種中碳FeCrSiWMoAl沉沒車昆 用鋼及其制造方法，用于熱鍍鋅、熱鍍鋁鋅生產線。 二、
【背景技術】
[0002] 熱鍍鋅、熱鍍鋁鋅生產線沉沒輥裝置最高會在620-650 °C的高溫鋁鋅液中服役，對 沉沒輥裝置的材質要求非常高，既要有耐高溫腐蝕性能，又要兼?zhèn)淠透邷啬p性能。國內沉 沒輥材料大都選用高鉻鎳合金鋼316L、317L，國外的材質也基本都是在316L、317L的基礎上 進行延伸，產品耐高溫腐蝕、耐高溫磨損性能一直沒有較大突破，加上高鉻鎳合金成本高、 使用周期短，頻繁更換造成了生產企業(yè)的成本二次增加。受沉沒輥裝置材質的制約，國內生 產沉沒輥裝置使用壽命短、出鍍鋁鋅板效率低，導致國內高檔鍍鋁鋅板主要依靠進口，造成 了嚴重的資源浪費。 三、

【發(fā)明內容】

[0003] 本發(fā)明是為了避免高鉻鎳合金鋼316L、317L耐高溫腐蝕、磨損性能較差、使用壽命 較短的不足，提供一種中碳FeCrSiWMoAl沉沒輥用鋼及其制造方法，該鋼不僅具有良好的耐 高溫腐蝕磨損性能，而且成本較低。
[0004] 本發(fā)明解決技術問題所采用的技術方案是：
[0005] 本發(fā)明中碳FeCrSi麗oAl沉沒輥用鋼，其組分按質量百分比構成如下：
[0006] C：0.40-0.50%,Cr :9.0-11.0% , Si :1-2.5% ,ff :0.5-1.5% ,M〇：0.5-1.5% ,RE：〇-0.4%，Ti:0-1.5%，A1:1-3%，P:0.01-0.045%，S:0.01-0.045%，其他金屬和非金屬元素 總量<3%，余量為Fe。
[0007] 其他金屬和非金屬元素包括N、H、0、Al、Cu、Ni、Nb、Zr、V、W、Co、B、Ta、Mg、Ca、Zn、K、 Y、Sn、Pb、Ba中的一種或幾種。
[0008] 本發(fā)明中碳FeCrSi麗oAl沉沒輥用鋼的制造方法，包括配料、共同熔煉、澆鑄成型 以及熱處理各單位過程：
[0009] 1、共同熔煉
[0010]將配比量的各原料置于1550-1650°C下熔煉至所有原料熔化，靜置15分鐘，得到熔 煉液；
[0011] 2、澆鑄成型
[0012] 將步驟1得到的熔煉液靜置冷卻至1400-1500°c，扒渣后澆于鑄模中，澆鑄成型得 到鑄錠，隨后將所得鑄錠置于900-950°C下保溫2-10小時進行均勻化退火；
[0013] 所述鑄模使用前預先于200-500°C預熱0.5-2小時。
[0014] 3、熱處理
[0015] 將退火后的鑄錠依次進行淬火、回火處理，即得中碳FeCrSi麗oAl沉沒輥用鋼。
[0016] 所述淬火處理是在450-650°C下預熱0.5-2小時，再加熱到950-1050°C保溫0.5- 1.5小時后進行淬火冷卻，淬火冷卻采用油冷方式；
[0017] 所述回火處理是將淬火后的鑄錠于600-700°C保溫1-3小時后空冷至室溫。
[0018]本發(fā)明方法的設計依據(jù)是：
[0019] C:C是鋼中的組元之一。本發(fā)明沉沒輥材料中C量的控制是為了保證合金得到好的 強度、硬度、韌性、耐蝕性的配合，尤其是保證其固溶于淬火Μ中或與W、Cr、Ti等合金元素作 用形成高硬度、高穩(wěn)定性的合金碳化物，使合金有足夠的硬度和耐磨性，避免316L、317L鋼 由于超低的含碳量導致的合金的硬度、耐磨性明顯偏低。含碳量偏低，材料的韌性和耐蝕性 將得以提高，但耐磨性會不夠;含碳量過高，材料的硬度、耐磨性會改善，但韌性和耐蝕性會 下降。
[0020] Cr:鉻是提高鋼的淬透性、使鋼強化的重要元素，同時也是提高鋼的耐蝕性的重要 元素。以往的316L、317L沉沒輥材質中，含鉻量多高于14%。本發(fā)明沉沒輥選擇鉻含量為9一 11%之間。Cr有強烈提高淬透性作用，保證鑄后合金為馬氏體組織，回火后獲得保持有明顯 馬氏體針遺跡的細小索氏體組織，同時Cr與C形成碳化物可強化硬化合金，提高耐磨性，且 有提高回火穩(wěn)定性及熱疲勞抗力作用。因為偏低的含鉻量對材料的耐腐蝕性不利;而偏高 的鉻含量對韌性不利，且會提高成本。另外含鉻量的選擇還要兼顧鉻量與碳量的合理匹配。
[0021] Si:有固溶強化、提高淬透性作用，進入阻擋層，可增加 Zn在其中的擴散系數(shù)，阻止 Zn的擴散，抑制腐蝕。但Si易使合金脆化，量不宜太多，應不超過2.5 %。
[0022] W:加入鎢元素可提高鋼的回火穩(wěn)定性和高溫強硬度，是合金具有較高的高溫耐磨 性。進入阻擋層，可明顯增加 Zn在其中的擴散系數(shù)，強烈阻止Zn的擴散，抑制腐蝕。。但由于W 的價格昂貴，為了控制合金成本，加入量不超過1.5%。
[0023] Mo:加入少量Mo元素可提高合金淬透性?？商岣咪摰幕鼗鸱€(wěn)定性和高溫強硬度，是 合金具有較高的高溫耐磨性。進入阻擋層，可明顯增加 Zn在其中的擴散系數(shù)，強烈阻止Zn的 擴散，抑制腐蝕。。但由于Mo的價格昂貴，為了控制合金成本，加入量不超過1.5%。
[0024] A1:由于鋁鋅液中的A1先于Zn與Fe反應形成Fe5Al2層，起到抑制鋅原子擴散的作 用，有利于提高其耐蝕性，但過多，會引起合金強度、耐磨性下降。
[0025] RE和Ti :加入少量稀土可以凈化、細化組織，提高耐蝕性。Ti元素能起到強化作用， 能阻止Zn在阻擋層中的擴散，抑制腐蝕。RE、Ti的加入對阻擋層的細化、增韌作用，使阻擋層 致密、完整、不碎裂。但量不能高，分別控制在0.4 %和1.0 %以下。
[0026] P、S及其他金屬與非金屬元素:P會引起熱脆，S易引起冷脆。其他金屬與非金屬元 素在本發(fā)明沉沒輥中均作為雜質，其量需嚴格控制。
[0027] 沉沒輥、穩(wěn)定輥工作環(huán)境為接近620_650°C的高溫鋁鋅液，其主要失效形式為高溫 腐蝕和磨損，由于輥面所受載荷有限，腐蝕問題顯得更為重要。其中腐蝕來源于Zn、Fe在高 溫下的互溶、擴散反應，而316L等奧氏體型不銹鋼通過加入大量的Cr、Ni等元素形成單相奧 氏體組織的抗腐蝕機理在此環(huán)境下是不適用的，而且由于超低的含碳量，合金的硬度、耐磨 性明顯偏低，因此該類合金設計思想是偏頗的，無法得到高耐鋁鋅磨蝕性能。且其中Ni含量 達到14%，占合金成本的一半以上，明顯提高了成本，造成了資源的浪費。
[0028]與已有技術相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在：
[0029] 1、本發(fā)明沉沒輥用鋼通過合金設計，使沉沒輥經熔煉、鑄造和熱處理后，獲得保持 有明顯馬氏體針遺跡的細小索氏體組織，硬度為58-60HRC，抗拉強度為800-850MPa，沖擊韌 性31(為20-5(^.〇11_2,620-650°(：鋁鋅液中均勻腐蝕速率為0.2-0.68 1_2*11_1，在沉沒輥的 工作環(huán)境下具有很好的耐磨、耐蝕性，其壽命是316L、317L沉沒輥的2倍。
[0030] 2、本發(fā)明沉沒輥按照新的合金設計思路，采用無 Ni的合金設計，以中碳（0.40-0.50%)、中鉻(9-11%)為基礎，加入適量的3^〇、1^1和少量的11及稀土。與3161^、3171^沉 沒輥相比，由于含Ni量為0,成本明顯降低。 四、【具體實施方式】
[0031] 以下通過實施例對本發(fā)明作進一步描述。
[0032] 1、配料
[0033]本發(fā)明實施例中碳FeCrSi麗oAl沉沒輥用鋼按重量百分比的材料成分如下表1:
[0034] 表 1
[0035] Luujoj 2、市丨」奇
[0037] (1)共同熔煉
[0038]將配比量的各原料置于1600°C下熔煉至所有原料熔化，靜置15分鐘，得到熔煉液； [0039] (2)澆鑄成型
[0040]將步驟（1)得到的熔煉液靜置冷卻至1400_1500°C，扒渣后澆于鑄模中，澆鑄成型 得到鑄錠，隨后將所得鑄錠置于930°C下保溫3小時進行均勻化退火；
[0041 ]所述鑄模使用前預先于300°C預熱1小時。
[0042] (3)熱處理
[0043] 將退火后的鑄錠依次進行淬火、回火處理，即得中碳FeCrSi麗oAl沉沒輥用鋼。 [0044] 所述淬火處理是在550°(：下預熱1小時，再加熱到950-1050°(：保溫0.5-1.5小時后 進行淬火冷卻，淬火冷卻采用油冷方式；
[0045] 所述回火處理是將淬火后的鑄錠于650°C保溫2小時后空冷至室溫。
[0046]實施例1，含碳量為0.40,保證了合金有較高的塑韌性，保證其固溶于淬火后的Μ中 或與W、Cr、Ti等合金元素作用形成高硬度、高穩(wěn)定性的合金碳化物，合金有較高的硬度和耐 磨性，避免316