CN101381849A - 一种合金化抗磨耐热钢 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有第二相碳化物和γ’相强化以及含Al₂O₃复合氧化膜保护的、抗氧化和耐磨性能优异的抗磨耐热合金钢材料。该材料通过添加合金元素Al、Ti、W，采用原位生成的方法生成第二相强化相，与基体结合良好。其各组分及含量为C 0.35－0.45，Cr 24.0－30.0，Ni 10.0－19.0，Al 0.5－10.0，Ti 1.1－1.7，W 0.5－1.5，RE 0.2－0.5，Si≤1.75，Mn≤1.50，余量为Fe。强化相的生成明显提高了合金的高温力学性能和耐磨性，Al在材料高温使用过程中形成Al₂O₃保护膜，提高材料的高温抗氧化性。

Description

一种合金化抗磨耐热钢

技术领域

本发明属于合金钢制造金属领域，具体涉及一种适用于高温磨损工矿条件下的Fe-Cr-Ni-Al-Ti-W-RE合金材料。

背景技术

抗磨耐热钢集中应用在电力、冶金、矿山、建材、水泥机械等工业部门，如火力发电厂的锅炉喷燃器喷嘴、氧化铝焙烧的中心筒、水泥工业中篦式冷却机篦板、窑头护铁和窑尾护铁、球团矿烧结机中的篦条、轧钢装置中的卷筒和氧化铝行业中的熟料窑冷却机的扬料板等。这类材料最主要的失效方式是：磨损、变形和氧化。

目前，用于这种高温磨损工况下的材料主要是碳含量较高的沉淀硬化型奥氏体抗磨耐热钢。这种钢主要是由奥氏体和碳化物、金属间化合物等强化相组成，其中，奥氏体钢比铁素体钢和珠光体钢具有更高的蠕变强度，较好的韧性、抗腐蚀性和抗氧化性，适宜在较高的温度使用。

碳化物虽然在钢的组织中所占比例不大，但由于其独特的高熔点、高硬度等性能，对钢的机械性能有着重要的影响。其形状、大小以及含量决定着其对性能的影响。在高温或长期服役时，第二相碳化物易粗化、聚结，强化作用减弱，影响材料组织的稳定性。

金属间化合物Ni₃Al(γ’)相是高温合金的主要强化相，本身具有较高的强度，且在一定温度范围内随温度上升而提高，同时具有一定的塑性。它的面心立方有序结构和点阵常数与奥氏体基体的相似，可以与基体保持共格形核，具有相界面能低而稳定性高的特点从而起到析出强化和共格应变强化的作用。并且，高硬度、高熔点的γ’相在材料高温服役的过程中起到支撑基体的作用，材料的耐磨性也将会显著提高。铝也是提高钢的抗氧化性能的重要元素。在经受高温氧化时，会在金属表面形成含有Al₂O₃和Cr₂O₃的混合氧化膜，Al₂O₃的热稳定性要高于Cr₂O₃，且没有挥发性，耐热温度可以达到1200-1300℃，可以显著提高使用温度和抗氧化效果。

专利号为97115201.2的专利提供了一种高铝奥氏体耐热钢，其成分组成为：C：0.05-0.2，Si：≤2.0，Mn：≤2.0，Cr：17.0-25.0，Ni：20.0-30.0，Al：3-7，Ti：0.03-1，RE：0.01-0.2，该发明利用添加铝提高材料的抗硫化腐蚀能力，但没有考虑到材料的强化。而专利号为95108211.6的专利提供了另一种高强度耐热钢，其成分组成为：C：0.02-0.2，Si：0.1-1.5，Mn：0.4-1.50，Cr：17.0-23.0，Ni：20.0-28.0，Al：0.7-2.0，Ti：1.8-3.2，Nb：0.7-2.0，Zr：0.01-0.2，Ce：0.003-0.1，Co：0.1-3.0，Cu：0.05-0.5，该发明碳含量较低，则碳化物强化作用较小，另外为了得到γ’相添加了较多的钛而含有较少的铝量，并且还含有较多的其他较为昂贵的金属材料，使得材料的制备成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种第二相碳化物和γ’相强化以及含Al₂O₃复合氧化膜保护的、抗氧化和耐磨性能优异的抗磨耐热合金钢材料。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下。

一种Fe-Cr-Ni-Al-Ti-W-RE合金，其组分及含量为：

C  0.35—0.45

Cr 24.0—30.0

Ni 10.0—19.0

Al 0.5—10.0

Ti 1.1—1.7

W  0.5—1.5

RE 0.2—0.5

Si 1.6—2.0

Mn 1.0—1.5

余量为Fe

所有百分数为质量百分数。

本发明用到的原料有：不锈钢，低碳铬铁，高碳铬铁，镍板，工业纯铝，氮化铬，锰铁，钛铁，钨铁和稀土，各种炉料均要无油、无锈，且不含杂质。为使合金元素收得率高，熔炼时，金属炉料要选择合理的顺序和适宜的时间加入，1600～1630℃出炉浇铸成型，铸件冷却后进行退火热处理，工艺为1200℃保温4—12h，油冷。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

添加合金元素Al、Ti、W，采用原位生成的方法生成第二相强化相，如Ni₃Al相和TiC、WC，与基体结合良好。

强化相的生成明显提高了合金的高温力学性能和耐磨性。

Al在材料高温使用过程中形成Al₂O₃保护膜，提高材料的高温抗氧化性。

具体实施方法

下面结合实施例对本发明作进一步描述，但不限于下列实施例。

实施例1

各种炉料的加料顺序为：不锈钢、铬铁、镍、钨铁、锰铁、硅铁、氮化铬铁、钛铁、稀土，待到钢液全部熔化后加入工业纯铝。调整温度控制在1610℃左右，然后加入纯硅、纯锰脱氧剂，最后快速浇铸成型。铸件冷却选择的退火工艺为1200℃保温5h，油冷。

实施例2—8

制备方法同实施例1，制成后各元素组份的质量百分比如下表所示：

 

	C	Si	Mn	Cr	Ni	Al	Ti	W	RE	Fe
											实施例2	0.412	1.600	1.02	24.03	10.00	0.50	1.10	0.58	0.28	余量
实施例3	0.384	1.856	1.16	25.18	15.06	1.53	1.30	0.50	0.21	余量
											实施例4	0.350	1.754	1.21	27.65	17.18	3.11	1.15	0.86	0.33	余量
实施例5	0.450	1.989	1.42	29.35	19.00	3.85	1.45	0.92	0.25	余量
											实施例6	0.383	1.854	1.18	24.43	13.14	5.21	1.48	0.85	0.31	余量
实施例7	0.394	1.795	1.43	26.58	12.35	7.13	1.53	1.45	0.48	余量
											实施例8	0.423	1.620	1.08	28.14	14.88	8.26	1.57	1.50	0.46	余量
实施例9	0.431	1.833	1.45	29.96	18.91	9.57	1.70	1.46	0.50	余量

Claims (1)

1.一种合金化抗磨耐热钢，其组分含量为：

C       0.35—0.45

Cr      24.0—30.0

Ni      10.0—19.0

Al      0.5—10.0

Ti      1.1—1.7

W       0.5—1.5

RE      0.2—0.5

Si      1.6—2.0

Mn      1.0—1.5

余量为Fe

所有百分数为质量百分数。