CN102965564A

CN102965564A - 一种用于垃圾焚烧发电炉排的耐磨耐蚀抗氧化合金

Info

Publication number: CN102965564A
Application number: CN2012103197402A
Authority: CN
Inventors: 仵海东; 刘筱薇; 周安若; 肖大志; 曹鹏军
Original assignee: Chongqing University of Science and Technology
Current assignee: Chongqing University of Science and Technology
Priority date: 2012-08-24
Filing date: 2012-08-24
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2032-08-24
Also published as: CN102965564B

Abstract

本发明公开了一种用于垃圾焚烧发电炉排的耐磨耐蚀抗氧化合金，该合金含有碳、铬、硅、锰、铝、钛和铈镧元素，合金化学成分的重量百分含量为：碳1.2-2.2、铬16-26、硅1-2、锰0.8-1.5、铝1-3、钛：0.8-1.5、铈镧混合稀土：0.01-0.05，其余为铁和杂质。本发明的铁基耐磨、耐蚀、抗氧化合金，可以采用非真空感应炉法方式冶炼而成。该合金耐腐蚀性能为：在20℃，10％磷酸溶液中侵蚀24h条件下，腐蚀速率≤0.15mm/a；抗氧化性为：在900℃×100h条件下，氧化速率≤1.0g/m²·h；耐磨损性能为：500℃，200N，300r/min，30min端磨试验条件下，磨损量≤0.05g；力学性能：σ_b≥500MPa，HRC≥40，a_ku≥3J/cm²，炉排有效工作寿命不低于8000小时。

Description

一种用于垃圾焚烧发电炉排的耐磨耐蚀抗氧化合金

技术领域

本发明属于垃圾焚烧发电炉排技术领域其涉及一种用于垃圾焚烧发电炉排的耐磨耐蚀抗氧化合金材料

背景技术

垃圾焚烧发电焚烧炉是整个垃圾焚烧发电厂的关键设备之一，而炉排的结构和性能的优劣又决定了垃圾焚烧发电焚烧炉的工作效率和使用寿命。由于炉排的主要功能是承载和传输垃圾，并在输送垃圾的过程中完成垃圾焚烧。在这个过程中炉排与垃圾产生激烈的摩擦磨损，并承受垃圾焚烧产生的高温氧化和垃圾的强烈腐蚀作用。这就要求制作炉排的材料应当具有同时满足抗高温氧化、耐高温磨损、耐垃圾腐蚀以及较好力学性能。目前，国内还没有能够同时满足以上性能的材料，垃圾焚烧发电炉排的用材主要是进口材料。使用进口材料不但成本高，而且性能上也不能完全满足性能需要，还要付昂贵的知识产权转让费。

目前，在垃圾焚烧发电炉中，国内外炉排片普遍采用是国外进口材料。该材料属于高铬铸铁。高铬铸铁是指含铬量大于12％Cr的一类铸铁。根据使用条件的不同，高铬铸铁又可分为高铬耐磨铸铁、高铬耐热铸铁和高铬耐蚀铸铁。然而，单一的耐磨铸铁、耐热铸铁或耐蚀铸铁均不能满足垃圾焚烧炉排材料的工况要求，必须通过合金化研究，找到兼备不锈钢的耐蚀性和高铬耐磨铸铁的耐磨性，又可以进行各种机械加工的新型耐磨耐热耐蚀材料，满足垃圾焚烧炉炉排要求。

发明内容

本发明的目的就在于针对机械炉排式垃圾焚烧发电炉炉排材料长期处于高温、磨损、腐蚀条件下工作，提供一种能够在高温下使用并具有抗氧化、耐磨损、耐腐蚀以及较好强韧性的新型炉排材料。

本发明实施例是这样实现的，一种用于垃圾焚烧发电炉排的耐磨耐蚀抗氧化合金，该合金含有碳、铬、硅、锰、铝、钛和铈镧元素，其特征在于，合金化学成分的重量百分含量为：碳1.2-2.2、铬16-26、硅1-2、锰0.8-1.5、铝1-3、钛：0.8-1.5、铈镧混合稀土：0.01-0.05，其余为铁和杂质。

进一步，该合金耐腐蚀性能为：在20℃，10％磷酸溶液中侵蚀24h条件下，腐蚀速率≤0.15mm/a；抗氧化性为：在900℃×100h条件下氧化速率≤1.0g/m²·h，耐磨损性能为：500℃，200N，300r/min，30min端磨试验条件下，磨损量≤0.05g，力学性能：σ_b≥500MPa，HRC≥40，a_ku≥3J/cm²，炉排有效工作寿命不低于8000小时。

进一步，该合金采用非真空感应炉法冶炼时，用废碳钢、工业铬铁、硅铁、锰铁、钛铁、金属铝和铈镧混合稀土做原料进行冶炼。

进一步，渣料采用石灰、萤石、氧化镁组成(CaO65％、CaF₂25％、MgO10％)，炉内加入碳块、废碳钢、工业铬铁，以最大功率熔化，熔化后期，逐渐加入渣料，全熔后用铝石灰脱氧，合金加入顺序为：Mn-Fe→Si-Fe→Ti-Fe→Al，熔化均匀后尽快出炉，Re加入中间钢包中，采用消失模铸造方法生产垃圾发电焚烧炉炉排，浇铸温度1550℃-1600℃。

本发明以低碳高铬成分为基础，在保证耐磨性的基础上提高抗氧化性能和耐腐蚀性能，同时又要兼有较好的力学性能。为此，必须控制好基础合金中的碳含量和铬含量，碳含量要保证基体的硬度和能够形成足够的Cr₇C₃为主的碳化物，铬含量应控制在既能形成Cr₇C₃，以提高耐磨性能，又要保证基体中能融入不低于13％Cr，以提高抗氧化性和耐蚀性。为了实现上述目标，还必须添加Si、Mn、Al、Ti、Re等能够促进并提高三种性能(耐磨、耐蚀、抗氧化)的合金元素，构成耐磨、耐蚀、抗氧化合金化体系，在保证耐磨性的同时能显著提高抗氧化性和耐腐蚀性，并细化晶粒，改善合金的加工性能。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为实现本发明的目的，所采取的技术方案如下：

一种用于垃圾焚烧发电炉排的耐磨耐蚀抗氧化合金，含有碳、铬、硅、锰、铝、钛和铈镧元素，其特征在于：合金化学成分的重量百分含量为：碳1.2-2.2、铬16-26、硅1-2、锰0.8-1.5、铝1-3、钛：0.8-1.5、铈镧混合稀土：0.01-0.05，其余为铁和不可避免的杂质。

在本发明铁基耐磨、耐蚀、抗氧化合金的技术方案中，所采用的元素，其作用和运用原则如下：

碳：是影响合金基体硬度和碳化物数量的主要因素，碳的含量要保证基体的硬度和加入铬后能形成足够多的Cr₇C₃为主的碳化物，过高的碳含量会降低韧性和耐蚀性。综合考虑碳的加入量为1.2-2.2％。

铬：是本发明合金获得耐磨、耐蚀、抗氧化性能的主要元素，铬的含量决定了碳化物的类型。形成Cr₇C₃为主的碳化物，是提高耐磨性的主要条件之一。铬在高温下除能生成连续、致密的保护性氧化膜，使抗氧化性和耐蚀性得到提高，此外，基体中保持13％以上的铬含量，是提高耐蚀性的重要手段。因此，从耐磨、耐蚀和抗氧化综合考虑，选择铬含量为16～26％Cr。

硅：硅的适量加入，可在铸铁表面形成比较致密与完整的SiO₂保护膜，可提高合金的耐蚀性和抗氧化性，尤其是在温度较高时，这种氧化膜会更加致密，使高温条件下的耐蚀和抗氧化能力进一步增强。但添加量过大将使脆性大。选择硅含量1-2％。

锰：是扩大奥氏体相区的元素，具有降低临界转变温度的作用，而且过量的Mn溶于碳化物中，使得碳化物变的更脆，易产生裂纹，在磨损过程中易折断。本发明中锰的含量控制在0.8～1.5％

铝：是提高抗氧化性的重要元素，高温下，铝能在金属表面于迅速氧化，生成连续致密的Al₂O₃保护膜，覆盖于金属表面，从而有效地阻碍氧及金属在高温下扩散，使合金具有高温抗氧化能力。但加入量过多，会影响铸造性能。

钛：是本发明合金重要的稳定化元素，它可防止基体贫铬，促使基体铬的含量保持在13％以上，提高基体的电极电位，提高耐蚀性能，同时取代部分Cr并与碳形成TiC，细化铸件组织，改善碳化物分布，提高力学性能。选择钛含量为0.8～1.5％。

稀土：也是本发明的重要元素。稀土具有较强的脱硫、脱氧能力，能够改善夹杂物的形态及分布，并具有较强的细化晶粒、净化晶界作用。此外，稀土还能促进和优先氧化，使合金表面很快形成完整均匀的和膜，提高氧化膜的抗剥落性，从而提高抗氧化性。稀土还可以改善合金的热加工和冷加工性能。但过量稀土将导致夹杂物增多，反而降低高铬铸铁的强韧性。本发明合金采用铈镧混合稀土，选择铈镧含量为0.01-0.05％。

本发明的铁基耐磨、耐蚀、抗氧化合金，可以采用非真空感应炉法方式冶炼而成。采用非真空感应炉法冶炼时，用废碳钢、工业铬铁、硅铁、锰铁、钛铁、金属铝和铈镧混合稀土做原料进行冶炼。渣料采用石灰、萤石、氧化镁组成(CaO65％、CaF₂25％、MgO10％)，炉内加入碳块、废碳钢、工业铬铁，以最大功率熔化，熔化后期，逐渐加入渣料，全熔后用铝石灰脱氧，合金加入顺序为：Mn-Fe→Si-Fe→Ti-Fe→Al，熔化均匀后尽快出炉，Re加入中间钢包中，采用消失模铸造方法生产垃圾发电焚烧炉炉排，浇铸温度1550℃-1600℃。用上述方法共试制了40吨本发明合金。

表1：本发明铁基耐磨、耐蚀、抗氧化合金的两个试制样品的合金元素组成。

表2：本发明铁基耐磨、耐蚀、抗氧化合金的两个试制样品的性能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用于垃圾焚烧发电炉排的耐磨耐蚀抗氧化合金，该合金含有碳、铬、硅、锰、铝、钛和铈镧元素，其特征在于，该合金化学成分的重量百分含量为：碳1.2-2.2、铬16-26、硅1-2、锰0.8-1.5、铝1-3、钛：0.8-1.5、铈镧混合稀土：0.01-0.05，其余为铁和杂质。

2.如权利要求1所述的耐磨耐蚀抗氧化合金，其特征在于，该合金耐腐蚀性能为：在20℃，10％磷酸溶液中侵蚀24h条件下，腐蚀速率≤0.15mm/a；抗氧化性为：在900℃×100h条件下氧化速率≤1.0g/m²·h，耐磨损性能为：500℃，200N，300r/min，30min端磨试验条件下，磨损量≤0.05g，力学性能：σ_b≥500MPa，HRC≥40，a_ku≥3J/cm²，炉排有效工作寿命不低于8000小时。

3.如权利要求1所述的耐磨耐蚀抗氧化合金，其特征在于，该合金采用非真空感应炉法冶炼时，用废碳钢、工业铬铁、硅铁、锰铁、钛铁、金属铝和铈镧混合稀土做原料进行冶炼。

4.如权利要求1所述的耐磨耐蚀抗氧化合金，其特征在于，冶炼该合金的渣料采用石灰、萤石、氧化镁，三者的重量百分比为65％、25％、10％，炉内加入碳块、废碳钢、工业铬铁，以最大功率熔化，熔化后期，逐渐加入渣料，全熔后用铝石灰脱氧，合金加入顺序为：Mn-Fe→Si-Fe→Ti-Fe→Al，熔化均匀后尽快出炉，Re加入中间钢包中，采用消失模铸造方法生产垃圾发电焚烧炉炉排，浇铸温度1550℃-1600℃。