CN103088265A

CN103088265A - 一种高温耐热合金及其制备方法

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Publication number: CN103088265A
Application number: CN2011103358255A
Authority: CN
Inventors: 曲德毅
Original assignee: Individual
Current assignee: Liaoning Ruilang Nano New Material Co ltd
Priority date: 2011-10-28
Filing date: 2011-10-28
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2031-10-28
Also published as: CN103088265B

Abstract

一种高温耐热合金及其制备方法，涉及一种不含镍或少含镍的铸造高温耐热合金，通过采用纳米陶瓷复合代镍合金(简称代镍合金D)替换通常高温合金中等量的镍，使其获得良好的铸造性能和铸态下的机械性能，并具有良好的可焊接性。该钢能在1250～1350℃高温下抗氧化、抗渗碳、抗硫化，且抗拉强度比传统高温合金(如ZG2Cr25Ni20Si2)提高20％以上，使用寿命延长40％以上，成本降低30％。具有较高的高温强度。广泛应用于热处理炉底板、底辊、淬火正火托盘、料框、电厂锅炉高温烧嘴、燃烧器、落灰管、钢厂轧钢托辊、导辊，镁熔炼的还原罐等要求耐高温的结构件。其突出特点是满足使用要求前提下大幅降低成本，延长使用寿命。

Description

一种高温耐热合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种合金及其制备方法，特别是涉及一种耐热温度可达1300℃左右的不含镍或是少含镍的高温耐热合金及其制备方法，属于黑色金属冶炼技术领域。本发明给出的这种高温耐热钢广泛应用于钢厂轧钢托辊、导辊、可控气氛热处理炉炉用辐射管、热处理炉用炉底板、热处理淬火正火退火托盘、热处理渗碳工装、热处理料框以及高温高压运行的发电锅炉用火嘴、风帽和燃烧器、落灰管和镁熔炼还原罐等需要耐高温的构件。特别是在可控气氛热处理炉炉用辐射管、热处理炉用炉底板、热处理淬火正火退火托盘、热处理渗碳工装、热处理料框等应用领域更是达到先进水平。

背景技术

目前，国内外常用ZG40Cr25Ni20、ZG20Cr25Ni20Si2、ZG25Cr25Ni7等奥氏体钢制作高温辐射管和炉板、淬火托盘、料框等耐热构件，这些钢高温抗渗碳、抗硫蚀性差，其最高使用温度均不超过1100℃，并且在600-800℃有脆化影响。因此在使用中常有变形、开裂、氧化、硫化氢腐蚀等现象，影响使用寿命。传统高温合金中含镍量极高，在镍价高涨的今天势必加大生产成本和消耗大量资源。目前，高温运行的发电锅炉烧嘴温度高达1300℃，现国外采用的Cr25Ni20等耐热钢，使用寿命仅6个月，现在研究的铁素体铁鉻铝电热钢虽可在1400℃下抗氧化，但要求精炼，不能用于铸造。公开号为CN1876877的发明专利申请给出了一种新型材料纳米陶瓷复合代镍合金，并试图替代贵金属镍来制备耐热钢，然而，制备出来的耐热钢仅限于在烧结机的炉篦条上使用，使用温度也在1100℃以下且不能在水冷油冷中应用。本发明人通过实验和探索，发明了使用温度高并且可用于水冷和油冷的热处理工装、工具以及热处理设备上使用的新型耐热钢。时至今日，本发明人尚未检索到本领域利用纳米陶瓷复合代镍合金替代贵金属镍来制备耐热温度达1300℃左右的高温耐热钢的信息公布。

发明内容：

本发明的目的就在于克服现有技术存在的上述不足，研制一种新型、可用于铸造的不含镍或少含镍的高温耐热合金及其制备方法，通过大量实验对现有高温耐热钢合金成分的不断优化和制备方法的改进，提供了一种新的高温耐热合金(简称GWNR1300)及其制备方法，解决了现有技术存在的上述问题。本发明通过在钢中以纳米陶瓷复合代镍合金(以下简称D代镍合金)替代镍和调整钢的化学成分，使其获得良好的机械性能、焊接性能、铸造性能以及加工性能，并应在1250～1350℃下抗氧化、抗渗碳、抗硫蚀。避免了在600-800℃脆化现象，且具有较高的高温强度。且抗拉强度比传统高温合金(如ZG2Cr25Ni20Si2)提高20％以上，使用寿命延长40％以上，成本降低30％。同时可用于水冷和油冷的热处理工装、工具以及热处理设备上使用的新型耐热钢。

本发明给出的技术解决方案是：这种高温耐热合金的特点是其成分为(Wt％)：

C：0.10～0.40，Cr：18～28，Mn：≤1.0，S≤0.03，P：≤0.025，

Si：0.5～2.5D(代镍合金)：1～8Ni：≤10余量为铁。

为更好的实现本发明的目的，所述高温耐热合金较好的成分为(Wt％)：

C：0.2～0.22，Cr：24～26，Mn≤1.0，S≤0.03，P≤0.025，

Si：1.3～1.5，D(代镍合金)：3～6，Ni：2.0～2.2，余量为铁。

C：0.22，Cr：25，Mn：0.89，S：0.029，P：0.024，Si：1.4，

D(代镍合金)：5.0，Ni：2.3，余量为铁。

C：0.24，Cr：23，Mn：1.0，S：0.03，P：0.022，Si：1.5，

D(代镍合金)：5.40，Ni：1.56，余量为铁。

C：0.20，Cr：22，Mn：1.1，S：0.03，P：0.022，Si：1.6，

D(代镍合金)：4.80，Ni：0，余量为铁。

C：0.21，Cr：25，Mn：1.0，S：0.03，P：0.022，Si：0.62，

D(代镍合金)：5.60，Ni：1.0，余量为铁。

C：0.25，Cr：20，Mn：1.2，S：0.04，P：0.021，Si：1.4，

D(代镍合金)：6.80，Ni：1.0，余量为铁。

本发明给出的这种高温耐热合金的各组分均可由市场上购得，其中D代镍合金为公开号CN1876877的发明专利申请给出的纳米陶瓷复合代镍合金。

本发明给出的这种高温耐热合金的制备方法为：

当金属炉料熔化到1630℃温度时，倒出三分之一钢水于浇包中，将D代镍合金加入电炉中，同时将钢水倒回到电炉中，继续升高温度至1650-1670℃时即可出钢水、除渣进行浇注，然后进行650～750℃保温3-5小时炉冷退火处理。也可以在熔炼金属炉料的同时加入D代镍合金，但需要进行均匀搅拌，升高出钢水温度至1650℃时，除渣进行浇注，然后进行650～750℃保温3-5小时炉冷退火处理。

本发明与现有技术相比，其有益效果是：

本发明的钢种可用普通中频、工频感应电炉熔炼，利用常规炉料，采用通用的铸造方法进行生产。D代镍合金的加入，与鉻金属配合保证高温抗氧化性的前提下，经回火处理，提高机械强度和高温强度。特别是在抗氧化方面与加镍合金(如ZG1Cr25Ni20)相比具有很大优势(表1)。抗拉强度比传统高温合金(如ZG2Cr25Ni20Si2)提高20％以上，使用寿命延长40％以上。可用于水冷和油冷的热处理工装、工具以及热处理设备上使用的新型耐热钢。

本发明适用于工作在1250～1350℃及低于该温度的耐热结构件，并具有高温下抗氧化、抗渗碳、抗硫蚀的特点。可用于高温加热炉炉底板、淬火正火托盘、料框、辐射管、电厂锅炉高温烧嘴、钢厂轧钢托辊、导辊、镁熔炼还原罐等。

本发明的最大特点是在提高高温使用寿命的同时，相应减小了工装的重量，降低了能源的消耗，特别是大幅降低了炉底板、淬火正火托盘、料框、辐射管、电厂锅炉高温烧嘴、钢厂轧钢托辊、导辊、镁熔炼还原罐等的制造成本，提高利润。

具体实施方案

下面结合具体实例对本发明的技术方案做详细介绍：

实施例1

生产淬火用托盘，料盘重三吨，炉料按照下列成分配比(Wt％)：

C：0.22，Cr：25，Mn：0.89，S：0.029，P：0.024，Si：1.4，

D(代镍合金)：5.0，Ni：2.3，余量为铁。

进行浇注，除D代镍合金以外的其他合金组份在电炉中进行熔炼。当温度达到浇注温度1620℃时，倒出三分之一钢水，同时加入D代镍合金。继续加热提高1650～1670℃出水浇注。退火处理后，机械性能为抗拉强度710Mpa，屈服强度560Mpa，延伸7％，硬度HB241。使用二年零七个月，托盘仍然完好，没有氧化、开裂、严重变形等缺陷。

实施例2：

生产180KW高温炉用炉底板。炉料按照下列成分配比(Wt％)：

C：0.24，Cr：23，Mn：1.0，S：0.03，P：0.022，Si：1.5，

D(代镍合金)：5.40，Ni：1.56，余量为铁。

将D代镍合金与其他合金在电炉中同时进行熔炼，当温度达到温度1620℃时，继续加热提高30～50℃出钢水浇注。完后进行650～750℃保温3-5小时炉冷退火处理，使用三年多仍然完好。

实施例3：

生产热处理料框。炉料按照下列成分配比(Wt％)：

C：0.20，Cr：22，Mn：1.1，S：0.03，P：0.022，Si：1.6，

D(代镍合金)：4.80，Ni：0，余量为铁。

D代镍合金与其他合金在电炉中进行熔炼，当温度达到1650℃浇注温度时，出钢水浇注。料框冷却完后进行650～750℃保温3-5小时炉冷退火处理，使用30个月仍然完好。

实施例4：

生产热处理渗碳工装。炉料按照下列成分配比(Wt％)：

C：0.21，Cr：25，Mn：1.0，S：0.03，P：0.022，Si：1.3，

D(代镍合金)：5.60，Ni：1.0，余量为铁。

当钢水温度达到1620℃时，倒出三分之一钢水，同时加入D代镍合金，将倒出的钢水倒回炉内。继续加热提高温度到1650℃出钢水浇注。料框冷却完后进行650～750℃保温3-5小时炉冷退火处理，机械性能为抗拉强度700Mpa，屈服强度540Mpa，延伸7％，硬度HB231。(性能比传统同类型耐热钢提高20％以上)使用三年七个月后工装仍然完好，没有氧化、开裂、氧化现象。

实施例5：

镁熔炼还原罐。炉料按照下列成分配比(Wt％)：

C：0.25，Cr：20，Mn：1.2，S：0.04，P：0.021，Si：1.4，

D(代镍合金)：6.80，Ni：1.0，余量为铁。

D代镍合金与其他合金在电炉中进行熔炼，当温度达到1650℃浇注温度时，出钢水浇注。料框冷却完后进行650～750℃保温3-5小时炉冷退火处理，使用14个月仍然完好(传统同类型耐热钢一般使用5-6个月)。

表1加镍合金与加代镍合金氧化试验数据

从上表可以看出：加镍合金试验后呈黑色，掉粉严重；加代镍合金试验后呈黑色，掉粉。即加代镍合金的耐热钢其抗氧化性明显优于加镍的耐热钢。

表2高温氧化后的实验结果

(氧化实验工艺一：1250℃氧化100小时)

编号	失重量(g)	失重率(％)	备注
				A1	0.2049	1.2461	04-10-18浇铸，加入代镍合金的样品
A2	0.3234	1.8942	04-10-18浇铸，加入代镍合金的样品
				A3	0.2103	0.7786	04-08-01浇铸，加入代镍合金的样品
B	0.4492	3.1656	zG2cr25Ni20si2样品

表3高温氧化后的实验结果

(氧化实验工艺二：1300℃氧化100小时)

通过表2、表3的实验数据可以看出，在1250℃、1300℃氧化100小时后。表中样品A3失重率最小，与现有耐热钢样品B相比表现出优异的抗氧化性能。

Claims

1.一种高温耐热合金，其特征在于其成份为(Wt％)：

C：0.10～0.40，Cr：18～28，Mn：≤1.0，S≤0.03，P：≤0.025，

Si：0.5～2.5D(代镍合金)：1～8Ni：≤10余量为铁。

2.根据权利要求1所述高温耐热合金，其特征在于所述高温耐热合金较好的成份为(Wt％)：

C：0.2～0.25，Cr：24～26，Mn≤1.0，S≤0.03，P≤0.025，

Si：1.3～1.5，D(代镍合金)：3～6，Ni：2.0～2.2，余量为铁。

3.根据权利要求2所述高温耐热合金，其特征在于所述高温耐热合金较好的成份为(Wt％)：

C：0.22，Cr：25，Mn：0.89，S：0.029，P：0.024，Si：1.4，

D(代镍合金)：5.0，Ni：2.1，余量为铁。

4.根据权利要求1所述高温耐热合金，其特征在于所述高温耐热合金较好的成份为(Wt％)：

C：0.24，Cr：23，Mn：1.0，S：0.03，P：0.022，Si：1.5，

D(代镍合金)：5.40，Ni：1.56，余量为铁。

5.根据权利要求1所述高温耐热合金，其特征在于所述高温耐热合金较好的成份为(Wt％)：

C：0.20，Cr：22，Mn：1.1，S：0.03，P：0.022，Si：0.62，

D(代镍合金)：4.80，Ni：0，余量为铁。

6.根据权利要求1所述高温耐热合金，其特征在于所述高温耐热合金较好的成份为(Wt％)：

C：0.21，Cr：25，Mn：1.0，S：0.03，P：0.022，Si：1.3，

D(代镍合金)：5.60，Ni：1.0，余量为铁。

7.根据权利要求1所述高温耐热合金，其特征在于所述高温耐热合金较好的成份为(Wt％)：

C：0.25，Cr：24，Mn：1.2，S：0.04，P：0.021，Si：1.4，

D(代镍合金)：6.80，Ni：1.0，余量为铁。

8.权利要求1所述高温耐热合金的制备方法，其特征在于：

当金属炉料熔化到1630℃温度时，倒出三分之一钢水于浇包中，将D代镍合金加入电炉中，同时将钢水倒回到电炉中，继续升高温度至1650-1680℃时即可出钢水、除渣进行浇注，然后进行650～750℃保温3-5小时炉冷退火处理；

或在熔炼金属炉料的同时加入D代镍合金，进行均匀搅拌，升高出钢水温度至1660℃时，除渣进行浇注，然后进行650～750℃保温3-5小时炉冷退火处理。