CN101748335A - 一种不含镍烧结机炉蓖条材料及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种新型不含镍烧结机炉蓖条材料，主要解决现有炉蓖条抗氧化能力不够，使用寿命低的技术问题。其化学成分(wt％)为：C为1.20-2.00，Si为1.5-2.5，Mn为1.5-2.5，S为＜0.06，P为＜0.06，Cr为11-20，Mo为0.3-0.8，Nb为0.02-0.03，Ti为0.02-0.03，变质剂为0.05-0.2，余量为铁，通过设计合理的成分和多元合金化处理，可以得到抗高温氧化性和耐磨性俱佳的新型多元耐高温合金。大幅度提高烧结机炉蓖条材料的使用寿命，降低使用成本，减轻工人的劳动强度，提高烧结台车的作业率，还提高了烧结矿的质量稳定性。

Description

一种不含镍烧结机炉蓖条材料及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种适用于烧结机的耐高温炉蓖条材料及其制造方法，特别涉及一种不含镍烧结机炉蓖条材料及其制造方法。
背景技术
炉蓖条是烧结台车的主要易损件，它的质量和寿命直接关系到台车能否正常生产。由于蓖条表面要与高温(1300℃左右)烧结矿直接接触，工作条件十分恶劣，所以氧化烧损是蓖条早期失效的主要原因。以前用的四种普通材质蓖条，其寿命均在90-180天之间。致使炉蓖条更换频繁，停机次数多，不但增加了烧结机的维修费用和工人的劳动强度，同时也降低了烧结台车的作业率，并影响了烧结矿的质量稳定。以两台130m2烧结机为例，每年更换蓖条13万根，几乎月月停机、停产，严重影响了烧结矿的生产。
烧结机炉蓖条的工作温度尽管很高，但基本处于无应力工作状态。高铬铸铁在高温下硬度和强度急剧下降，但在无应力条件下，其抗氧化能力依然存在，可用于制作炉蓖条。
现有技术中，炉篦条材质成分中加入了不同含量的Ni元素。Ni可以起到提高淬透性的作用，同时还可以提高耐腐蚀性能。实际上，对于高温工作下的炉篦条，抗氧化性能才是其重要的性能。耐腐蚀性能不需要考虑。另外传统的炉篦条材质中已经加入了高含量的Cr元素，能够满足对淬透性的要求。特别是，Ni属于贵重金属，价格昂贵，很大程度增加了炉篦条的成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种可提高炉蓖条服役寿命，降低使用成本的不含镍烧结机炉蓖条材料，主要解决现有炉蓖条抗氧化能力不够，使用寿命低的技术问题。
本发明的技术方案如下：一种不含镍烧结机炉蓖条材料，其化学成分重量百分比(wt％)为：
  C   Si   Mn   S   P   Cr   Mo   Nb   Ti   变质剂
  1.2-2.0   1.5-2.5   1.5-2.5   ＜0.06   ＜0.06   11-20   0.3-0.8   0.02-0.03   0.02-0.03   0.05-0.2
余量为Fe，加入的合金元素的有益效果如下：
C：碳形成碳化物，提高材料的硬度和抗磨损性能。碳含量过低会降低材料硬度，碳含量过高，析出合金碳化物过多，会减少基体中Cr等合金元素，导致材料的抗高温氧化性能下降。C含量选择为1.2-2.0％。
Cr：铬是新型材质中重要的合金元素。它能够同时提高材质的抗磨损和耐腐蚀能力。铬的加入能够获得高硬度的M7C3和M23C6特殊类型的碳化物。炉篦条在高温下工作需要具有高温下的抗氧化性和硬度综合性能。同时铬在高温下与氧接触时，表面生成致密的氧化保护膜，其熔点高，并且致密。覆盖在材料表面，使合金与氧隔开，阻止或延缓了合金由外向内的氧化过程，故具有较好的抗氧化性。Cr含量低于11％，则形成碳化物的类型为MC3，此类型的碳化物硬度低，并且材料的脆性增加。Cr含量大于20％，基体的奥氏体过于稳定，降低了材料的硬度。
Si：硅能够强化基体，并在材质表面形成致密的钝化膜从而提高材质的耐腐蚀能力。
Mo：在普通合金中的主要作用是提高合金的淬避和淬硬性。还有细化晶粒和二次硬化的作用.特别是含Mo的碳化物具有良好的高温稳定性，保证了炉篦条具有高的高温强度。
变质剂在这种材质中主要有两个作用，(1)细化共晶组织，得到弥散分布的共晶碳化物；(2)形成硬质点，进一步提高耐磨损能力。变质剂的主要成分为稀土，变质剂选用稀土镁或钇基稀土，或由稀土和钒和钛按1∶1∶1重量比例配制而成，起到凝固核心质点的作用，能够细化碳化物和基体组织，提高材料的韧性。
其制造方法的冶炼浇注工艺为：用感应电炉进行熔炼，把废钢、铸造生铁和铁合金按一定比例配合熔炼，得到化学成分符合要求的铁水，出炉温度控制在1450～1500℃，变质处理采用冲包法；热处理工艺为650-750℃保温4小时空冷。显微组织为隐针马氏体上分布着细小弥散的共晶碳化物。在浇注冲包时进行变质处理，相对于传统的在熔炼时加入变质剂的工艺，能够充分发挥变质剂对碳化物和基体组织的细化作用。另外热处理工艺相对于传统工艺减少了高温加热保温的工序，这一方面减少了能源消耗，另一方面设计的650-750℃保温4小时空冷的热处理工艺，同样能够达到析出二次碳化物的作用，同时减少基体中合金含量，降低组织稳定性，在随后的空冷时，得到隐针马氏体集体，保证了材料的硬度。
本发明的有益效果是：通过使用Cr、Mo、Ti、Nb多元合金元素和复合变质处理，经过成分和工艺的调整，得到了抗高温氧化性和耐磨性俱佳的新型多元耐高温合金。耐高温氧化性达到普通铸铁的58倍，耐磨性达到普通铸铁的1.55-2.38倍。经过近3年的运行表明，该发明的使用寿命已超过了2年的预期目标，并避免了台车的开裂倾向。该发明不仅降低使用成本，减轻工人的劳动强度，提高烧结台车的作业率，还提高了烧结矿的质量稳定，具有比较明显的综合经济效益。
具体实施方式
实施例1为：
耐高温炉蓖条材料的化学成分(wt％)为：
C      Si     Mn     S         P         Cr      Mo      Nb      Ti      变质剂
1.3    1.8    2.1    ＜0.05    ＜0.05    16.1    0.42    0.03    0.03    0.08
余量为Fe。把废钢、铸造生铁和铁合金按比例配合用感应电炉进行熔炼，得到化学成分符合上述比例的铁水，出炉温度控制在1450～1500℃，变质处理采用冲包法，变质剂为稀土镁；热处理工艺为650-750℃保温4小时空冷。
热处理后材料硬度(HRC)为40～50，抗弯试验极限负荷≥600N/mm2、挠度≥2mm，组织稳定化，显微组织为隐针马氏体上分布着细小弥散的共晶碳化物。
高温抗氧化试验结果如下：
试验条件：试验温度800℃，采用增重法，每隔50h测定一次重量的变化。
试验结果：本发明耐高温抗氧化性是普通铸铁的58倍，是高硅铸铁的8倍。
两体磨损试验结果如下：
试验条件：磨料为40目的上海刚玉水砂纸，磨程为9.37m。
试验结果：本发明耐两体磨损相对耐磨性是普通铸铁的1.55倍，是高硅铸铁的2.66倍。
三体磨损试验结果如下：
试验条件：磨料为70目的石英砂，橡胶轮转速240转/分，每次试验为1500转；
试验结果：本发明三体磨损相对耐磨性为普通铸铁的2.38倍，为高硅铸铁的6.17倍。
实施例2为：
耐高温炉蓖条材料的化学成分(wt％)为：
C      Si     Mn     S         P         Cr      Mo      Nb      Ti      变质剂
1.9    2.2    1.8    ＜0.05    ＜0.05    13.1    0.75    0.03    0.03    0.12
余量为Fe。把废钢、铸造生铁和铁合金按一定比例配合用感应电炉进行熔炼，得到化学成分符合要求的铁水，出炉温度控制在1430～1480℃，变质处理采用冲包法，变质剂为钇基稀土；热处理工艺为650-750℃保温4小时空冷。
热处理后材料硬度(HRC)为45～52，抗弯试验极限负荷≥650N/mm2、挠度≥1.8mm，组织稳定化，显微组织为隐针马氏体上分布着细小弥散的共晶碳化物。
高温抗氧化试验结果如下：
试验条件：试验温度800℃，采用增重法，每隔50h测定一次重量的变化。
试验结果：本发明耐高温抗氧化性是普通铸铁的35倍，是高硅铸铁的6倍。
两体磨损试验结果如下：
试验条件：磨料为40目的上海刚玉水砂纸，磨程为9.37m。
试验结果：本发明耐两体磨损相对耐磨性是普通铸铁的2.08倍，是高硅铸铁的3.24倍。
三体磨损试验结果如下：
试验条件：磨料为70目的石英砂，橡胶轮转速240转/分，每次试验为1500转；
试验结果：本发明三体磨损相对耐磨性为普通铸铁的2.65倍，为高硅铸铁的7.23倍。
实施例3，耐高温炉蓖条材料的化学成分(wt％)为：
C    Si   Mn    S       P       Cr    Mo    Nb    Ti    变质剂
1.6  2.4  2.5   ＜0.06  ＜0.06  19.0  0.6   0.02  0.02  0.17
余量为Fe。把废钢、铸造生铁和铁合金按一定比例配合用感应电炉进行熔炼，得到化学成分符合要求的铁水，出炉温度控制在1430～1480℃，变质处理采用冲包法，变质剂由稀土∶钒∶钛按1∶1∶1重量比例配制而成；热处理工艺为650-750℃保温4小时空冷。
热处理后材料硬度(HRC)为46～51，抗弯试验极限负荷≥630N/mm2、挠度≥1.9mm，组织稳定化，显微组织为隐针马氏体上分布着细小弥散的共晶碳化物。
高温抗氧化试验结果如下：
试验条件：试验温度800℃，采用增重法，每隔50h测定一次重量的变化。
试验结果：本发明耐高温抗氧化性是普通铸铁的47倍，是高硅铸铁的7倍。
两体磨损试验结果如下：
试验条件：磨料为40目的上海刚玉水砂纸，磨程为9.37m。
试验结果：本发明耐两体磨损相对耐磨性是普通铸铁的1.74倍，是高硅铸铁的2.18倍。
三体磨损试验结果如下：
试验条件：磨料为70目的石英砂，橡胶轮转速240转/分，每次试验为1500转；
试验结果：本发明三体磨损相对耐磨性为普通铸铁的2.54倍，为高硅铸铁的6.72倍。

Claims (2)

1.一种不含镍烧结机炉蓖条材料，其特征是化学成分重量百分比为：C为1.20-2.00％，Si为1.5-2.5％，Mn为1.5-2.5％，S为＜0.06％，P为＜0.06％，Cr为11-20％，Mo为0.3-0.8％，Nb为0.02-0.03％，Ti为0.02％-0.03％，变质剂为0.05-0.2％，余量为铁。
2.权利要求1所述的一种不含镍烧结机炉蓖条材料制造方法，包括以下步骤：把废钢、铸造生铁和铁合金按权利要求1比例用感应电炉进行熔炼，出炉温度控制在1450～1500℃，变质处理采用冲包法；热处理工艺为650-750℃保温4小时空冷。
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