CN101824583A - 稀土高铬高镍高温耐热钢及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种稀土高铬高镍高温耐热钢及其制备方法。本发明的稀土高铬高镍高温耐热钢，由以下重量百分比的元素组成：C0.25～0.35；Cr28～35；Ni25～35；Si1.2～2.5；Mn≤1；Mo0.30～0.50；Ti0.30～0.60；RE0.001～0.10；S≤0.03；P≤0.03；余量为Fe及杂质，且杂质总量≤0.10；Cr/C＝30～110。本发明与已有技术相比，可工作在1280℃高温下，有良好的抗混燃煤粉气流磨损、抗渗碳、抗氧化、抗硫蚀、抗变形性能，致密性好，铸态下有良好的机加工性能和可焊性，而且熔铸工艺简便。

Description

稀土高铬高镍高温耐热钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高铬特种钢，特别涉及一种稀土高铬高镍高温耐热钢及其制备方法。

背景技术

随着火力发电功率的增加，对火嘴耐热性、耐氧化性等性能提出了更高的要求。

中国专利(申请号：97106118.1)公开了一种稀土高铬镍氮高温耐热钢，由碳、铬、镍、硅、锰、钼、氮、钛、稀土、硫、磷、铁元素组成，其中铬含量(重量百分比)为25-35，镍含量为15-18。这种合金钢具有在1250℃高温下抗混燃煤粉气流磨损、抗渗碳、抗氧化、抗硫蚀、抗变形性能，在铸态下具有良好的机加工性和焊接性。1250℃时δb≥30Mpa、氧化增重≤0.6g/m2.h。但在高温条件下，仍然会被氧化，影响了火嘴的使用寿命。

发明内容

本发明为了克服以上技术方面的不足，提供了一种成本低，能在1280℃高温下抗氧化性能好，高温耐蚀性好，致密性能好，使用寿命长、机加工性能和良好的焊接性能的稀土高铬高镍高温耐热钢。

本发明还提供了一种工艺简单，适合于工业化生产的稀土高铬高镍高温耐热钢的制备方法。

本发明是通过以下措施来实现的：

本发明公开了一种稀土高铬高镍高温耐热钢，其特征是由以下重量百分比的元素组成：C0.25～0.35；Cr28～35；Ni25～35；Si1.2～2.5；Mn≤1；Mo0.30～0.50；Ti0.30～0.60；RE0.001～0.10；S≤0.03；P≤0.03；余量为Fe及杂质，且杂质总量≤0.10；Cr/C＝30～110。

上述本发明的稀土高铬高镍高温耐热钢，所述的元素最佳组成为：C0.25～0.30；Cr30～32；Ni25～30；Si1.8～2.0；Mn≤1；Mo0.30～0.50；Ti0.30～0.60；RE0.001～0.10；S≤0.03；P≤0.03。

本发明还公开了上述的稀土高铬高镍高温耐热钢的制备方法，由采用以下步骤：

(1)制模，刷涂料，烘干，浇铸系统安置，装箱；

(2)熔炼：熔炼炉内加入废钢，使废钢熔解，然后依次加入镍、铬铁、锰铁、硅铁、钛铁、稀土，上述炉料均要无油、无锈，且不含杂质，其中锰铁、硅铁、铬铁、钛铁和稀土在加入前要烘干；

(3)浇铸：出钢温度控制在1650～1700℃，出炉后快速浇注成型，浇注温度控制1600～1650℃。

氧化膜能牢固的附着在金属的表面，从而能有效地保护金属免受高温气体的氧化和介质的腐蚀。铬是提高钢的高温抗氧化的主要元素，工件使用温度愈高，应相应增加钢中含铬量。随着钢中含铬量增加，氧化铬膜的稳定提高，膜的厚度与致密也增加。为了进一步增加材料的抗氧化性能，在材料中添加一定数量的镍、铬、钼等材料，并采用稀土进行处理，以提高铬原子的扩散能力和扩大奥氏体组织，进而提高合金钢的耐热性和热强性。

本发明的稀土高铬高镍高温耐热钢，为了进一步提高其抗氧化性能，提高其高温的耐蚀性能，提高其使用寿命，本发明提高了镍的加入量，因为在诸多的金属元素中镍具有很好的耐蚀性，且在高温下几乎不氧化。

本发明的稀土高铬高镍高温耐热钢，不含氮元素，可以防止产品出现气孔，提高钢材的致密度，进一步提高产品的使用寿命。

本发明与已有技术相比，该稀土高铬高镍高温耐热钢，可工作在1280℃高温下，有良好的抗混燃煤粉气流磨损、抗渗碳、抗氧化、抗硫蚀、抗变形性能，致密性好，铸态下有良好的机加工性能和可焊性，而且熔铸工艺简便。

该钢的主要性能指标为：

1280℃时δb≥30Mpa、氧化增重≤0.5g/m².h

抗高温氧化性≥1280℃

机械性能

(1)室温机械性能

σb≥980Mpa   σs≥640Mpa

δ≥13％      ak＝15～25J/CM²

(2)高温机械性能

1280℃抗拉强度≥4.66kg/mm²

延伸率≥15.3％。

具体实施方式：

实施例1

本实施例的稀土高铬高镍高温耐热钢产品的制备方法，包括以下步骤：

制模→刷涂料→烘干→浇铸系统安置→装箱→熔炼→钢水分析→浇铸→清理→检验→机械精加工→检验→出厂。

(1)熔炼时，金属炉料要选择合理的顺序和适宜的时间加入。加料顺序为：废钢、镍、铬铁、锰铁、硅铁、钛铁、稀土，各种炉料均要无油、无锈，且不含杂质，严格控制钢液的化学成分，其中锰铁、硅铁、铬铁、钛铁和稀土在加入前要烘干。严格控制熔炼炉出炉温度。出钢温度要严格控制在1650～1700℃，出炉后快速浇注成型，浇注温度控制1600～1650℃。

(2)铸造过程中，由于该钢含铬量高，浇注系统应尽量采用开放式的底铸。铸件较高时可以采用阶梯式浇注系统。在浇注薄壁件时，要求其充型速度大，浇注时间短，为此除采用开放式浇注系统外，还必须使浇注系统的截面积尺寸足够大，比普通碳钢截面积应大10％以上。浇注时必须加强型腔的排气，使之有足够的排气通道，加快浇注速度，短时间内一次浇铸成功。为了防止粘砂，模具表面要刷涂料，尽量采用锆英粉和铬铁矿粉。本发明利用高铬高镍，加适量的钛、硅、锰、硫、磷、钼、稀土等合金元素组成，出炉时采用稀土硅铁合金加以处理，获得铸态下的以奥氏体为主，其组分比为：

C    Cr  Ni  Si Mn    Mo    Ti    RE    S     P
	0.3  30  30  2  0.50  0.40  0.40  0.05  0.02  0.02

余为Fe杂质，且杂质总量≤0.10(按重量百分比)。

利用该发明的组分配比，铸制60万KW火力发电机组中的锅炉燃烧器火嘴。

该钢的主要性能指标为：

机械性能

(1)室温机械性能

σb≥980Mpa   σs≥640Mpa

δ≥13％      ak＝15～25J/CM²

(2)高温机械性能

1280℃抗拉强度≥4.98kg/mm²

延伸率≥15.3％，

1280℃时δb≥35Mpa、氧化增重≤0.38g/m².h，使用寿命为9000小时。实施例2

制备方法与实施例1基本相同，其组分比为：

C    Cr  Ni  Si   Mn    Mo    Ti    RE    S     P
	0.3  34  33  1.5  0.40  0.60  0.40  0.05  0.02  0.02

余为Fe杂质，且杂质总量≤0.10(按重量百分比)。

利用该发明的组分配比，铸制60万KW火力发电机组中的锅炉燃烧器火嘴。

该钢的主要性能指标为：

机械性能

(1)室温机械性能

σb≥1080Mpa    σs≥740Mpa

δ≥13％        ak＝15～25J/CM²

(2)高温机械性能

1280℃抗拉强度≥5.18kg/mm²

延伸率≥15.3％

1280℃时δb≥38Mpa、氧化增重≤0.32g/m².h，使用寿命为7000小时。

实施例3

本实施例的稀土高铬高镍高温耐热钢产品的制备方法，包括以下步骤：

制模→刷涂料→烘干→浇铸系统安置→装箱→熔炼→钢水分析→浇铸→清理→检验→机械精加工→检验→出厂。

(1)熔炼时，金属炉料废钢、镍、铬铁、锰铁、硅铁、钛铁、稀土，一块加入溶炼炉内。各种炉料均要无油、无锈，且不含杂质，严格控制钢液的化学成分，其中锰铁、硅铁、铬铁、钛铁和稀土在加入前要烘干。严格控制熔炼炉出炉温度。出钢温度要严格控制在1650～1700℃，出炉后快速浇注成型，浇注温度控制1600～1650℃。

(2)铸造过程中，由于该钢含铬量高，浇注系统应尽量采用开放式的底铸。铸件较高时可以采用阶梯式浇注系统。在浇注薄壁件时，要求其充型速度大，浇注时间短，为此除采用开放式浇注系统外，还必须使浇注系统的截面积尺寸足够大，比普通碳钢截面积应大10％以上。浇注时必须加强型腔的排气，使之有足够的排气通道，加快浇注速度，短时间内一次浇铸成功。为了防止粘砂，模具表面要刷涂料，尽量采用锆英粉和铬铁矿粉。本发明利用高铬高镍，加适量的钛、硅、锰、硫、磷、钼、稀土等合金元素组成，出炉时采用稀土硅铁合金加以处理，获得铸态下的以奥氏体为主，其组分比为：

C    Cr  Ni  Si Mn    Mo    Ti    RE    S     P
	0.3  30  30  2  0.50  0.40  0.40  0.01  0.02  0.02

余为Fe杂质，且杂质总量≤0.10(按重量百分比)。

利用该发明的组分配比，铸制60万KW火力发电机组中的锅炉燃烧器火嘴。

该钢的主要性能指标为：

机械性能

(1)室温机械性能

σb≥980Mpa    σs≥640Mpa

δ≥13％       ak＝15～25J/CM²

(2)高温机械性能

1280℃抗拉强度≥4.06kg/mm²

延伸率≥15.3％，

1280℃时δb≥35Mpa、氧化增重≤0.46g/m².h，使用寿命为6000小时。

对比例

对比例采用中国专利(申请号：97106118.1)的实施例的组成配比和工艺。

C     Cr Ni  Si   Mn    Mo    N     Ti   RE    S     P
	0.35  30 18  1.9  0.50  0.40  0.26  0.4  0.01  0.02  0.02

余为Fe杂质，且杂质总量≤0.10(按重量百分比)。

利用上述材料，铸制60万KW火力发电机组中的锅炉燃烧器火嘴。

该钢的主要性能指标为：

机械性能

(1)室温机械性能

σb≥950Mpa   σs≥630Mpa

δ≥13％      ak＝15～25J/CM²

(2)高温机械性能

1280℃抗拉强度≥3.06kg/mm²

延伸率≥15.3％，

1280℃时δb≥25Mpa、氧化增重≤1.5g/m².h，使用寿命为2000小时。

Claims (3)

1.一种稀土高铬高镍高温耐热钢，其特征是由以下重量百分比的元素组成：C0.25～0.35；Cr28～35；Ni25～35；Si1.2～2.5；Mn≤1；Mo0.30～0.50；Ti0.30～0.60；RE0.001～0.10；S≤0.03；P≤0.03；余量为Fe及杂质，且杂质总量≤0.10；Cr/C＝30～110。

2.根据权利要求1所述的稀土高铬高镍高温耐热钢，其特征是所述的元素组成为：C0.25～0.30；Cr30～32；Ni25～30；Si1.8～2.0；Mn≤1；Mo0.30～0.50；Ti0.30～0.60；RE0.001～0.10；S≤0.03；P≤0.03。

3.一种权利要求1所述的稀土高铬高镍高温耐热钢的制备方法，其特征是由采用以下步骤：

(1)制模，刷涂料，烘干，浇铸系统安置，装箱；

(2)熔炼：熔炼炉内加入废钢，使废钢熔解，然后依次加入镍、铬铁、锰铁、硅铁、钛铁、稀土，上述炉料均要无油、无锈，且不含杂质，其中锰铁、硅铁、铬铁、钛铁和稀土在加入前要烘干；

(3)浇铸：出钢温度控制在1650～1700℃，出炉后快速浇注成型，浇注温度控制1600～1650℃。