CN103194662B - 一种水熄焦车用中碳高铬合金铸钢衬板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于水熄焦车的中碳高铬合金铸钢衬板及其制造方法，所述衬板的化学成分为（质量%）：0.30-0.35C、0.6-0.8Si、0.6-0.8Mn、13-16Cr、0.6-1.0Ni、0.6-1.0Mo、0.4-0.6V、0.05-0.10Ti、0.05-0.10Nb、0.02-0.03RE、0.01-0.03S、0.01-0.03P余为Fe和不可避免的杂质。本发明衬板利用电炉生产，采用消失模铸造，衬板表面质量好，尺寸精确，硬度达到28-35HKC，冲击韧性达到大于30J/cm2，使用中不裂、不断、耐磨、耐热、耐蚀，具有优良的抗激热激冷性能，使用寿命长，可显著提高水熄焦车的作业率，具有很好的经济和社会效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种水熄焦车用中碳高铬合金铸钢衬板及其制造方法，属于耐热耐磨金属材料技术领域。
背景技术
熄焦是炼焦工艺中一个十分重要的环节，它在改善焦炭质量方面起着重要作用。水熄焦是熄焦的方法之一。熄焦车是熄焦工艺中主要设备之一，其内衬板起保护车体的作用。炼焦出焦温度1000-1050℃左右，迅速将灼热的红焦从炼焦炉放出装入熄焦车内，在短时间内衬板温度波动在600-800℃之间，随着水熄焦的进行，衬板又被迅速冷却到50℃左右，衬板就是在这种循环温度下工作，几分钟就要循环一次，一个正常生产的炼焦厂每天要这样周而复始的进行100次以上。同时衬板还在含有CO、CO2、SO2和水蒸气的气体介质中，受到气体的腐蚀作用，此外，衬板还承受红焦装入车内时的热冲刷磨损，其工作条件十分恶劣。
衬板的主要失效原因是，其在使用过程中周期性地受到装灼热的红焦急速加热和水熄焦时的急速冷却，由于这种急冷急热引起的热疲劳，常常使衬板表面形成裂纹，并迅速扩展，直至断裂而失效。
目前水熄焦衬板主要使用普通灰铸铁和球墨铸铁制作。GB/T9439-2010中的HT150，HT200和HT250牌号的普通灰铁制作衬板，普通灰铸铁虽然价格低，但因其力学性能差，尤其在冷、热循环的工作下，抗热疲劳性能很差，一般只使用一个月左右就出现裂纹直至断裂，报废。球墨铸铁主要使用GB/T1348-2009中的QT450-10、QT500-7牌号的球墨铸铁制作衬板，其力学性能、抗热疲劳性能均较灰铁好很多，但球墨铸铁有不同的基本组织，有珠光体、铁素体以及混合基体的球墨铸铁，大量试验研究及使用证明，退火球墨铸铁的抗热疲劳性能最好，用其制造的衬板使用寿命可达5-6个月。但在实际生产中控制环节多，易产生珠光体加铁素体混合体组织，恶化了球墨铸铁的抗疲劳性能，随之使用寿命变短，也只能使用2-3个月。炼焦厂只有靠经常更换衬板来维持生产，不仅维修量大，时间长，熄焦车作业率低，还消耗了大量钢铁材料，致使焦炭成本增加。
发明内容
本发明的目的是为了克服以上技术不足，通过合理的化学成分设计及热处理得到稳定的索氏体组织，这种工艺具有良好的耐热、耐蚀、耐磨、耐热疲劳性能，而提供的一种，使用寿命长的水熄焦车衬板用的中碳高铬合金铸钢衬板及其制作方法。
本发明采用的技术方案是：
一种水熄焦车用中碳高铬合金铸钢衬板及其制造方法，其特征在于：所述衬板按质量百分比的化学成分为（质量%）：0.30-0.35C、0.6-0.8Si、0.6-0.8Mn、13-16Cr、0.6-1.0Ni、0.6-1.0Mo、0.4-0.6V、0.05-0.10Ti、0.05-0.10Nb、0.02-0.03RE、0.01-0.03S、0.01-0.03P余为Fe和不可避免的微量杂质。
本发明衬板用电炉熔炼，消失模铸造，其制造工艺步骤是：（1）经配料计算将普通废钢、铬铁、钼铁、镍板混合装入电炉中加热熔化；（2）炉前调整成分合格后将钢液温度升至1600-1620℃加入锰铁、硅铁进行预脱氧，预脱氧1-2分钟后，加入占钢水重量0.1%的铝终脱氧，而后加入钛铁、钒铁和铌铁，熔清后升温至1650±10℃出钢；（3）将稀土硅铁合金碎至4-6mm粒度，经200℃烘干后，置于包底部，用包内冲入法对钢水进行变质处理；（4）将钢水浇注在消失模铸型中，铸件在型中保持16小时后，开箱取出铸件，并打磨、清理；（5）将制得的铸件在1040±10℃进行加热保持6小时后，出炉空冷淬火；（6）将空冷淬火处理的铸件，在800±10℃进行高温回火处理，回火保持时间12小时，出炉空冷至室温。
本发明所具有的有益效果：
（1）在衬板配方中加入Cr、Mo、Ni以及微量细化组织及净化钢液元素V、Ti、Nb、Re。（2）采用上述配方与热处理工艺科学的有效配合通过淬火加热保温冷却，消除铸件的粗大组织，均匀成分均匀组织并进行充分的回火，最终获得稳定的索氏体组织。其硬度达28-35HRC，冲击韧性ak大于30J/cm2，具有优良的抗热疲劳性能。（3）经在多厂装车使用证明：本衬板不裂、不断，使用寿命长达2年-2.5年，本衬板使用寿命比灰口铸铁衬板提高15倍以上，比球铁衬板提高5-10倍。（4）解决了水熄焦车衬板抗热疲劳性能差，早期失效的难题，具有较高的性价比，降低了焦碳的生产成本，节约了大量钢铁材料，具有较大的经济效益和社会效益。
具体实施方式
实施例1
用1000公斤中频感应电炉熔炼钢水，将钢液浇注到消失模铸型中，在台车式电阻炉热处理，其制造工艺步骤是：（1）将废钢、铬铁、钼铁、镍板混合装入电炉中加热熔化；（2）炉前调整成分合格后，将钢液温度升至1600℃，加入锰铁、硅铁进行预脱氧，预脱氧2分钟后，加入占钢水重量0.1%的铝终脱氧，而后加入钛铁、钒铁和铌铁，熔清后升温至1640℃出钢；（3）将稀土硅铁合金碎至4mm粒度，经200℃烘干后，置于包底部，用包内冲入法对钢水进行变质处理；（4）将钢水浇注在消失模铸型中，铸件在型中保持16小时后，开箱取出铸件，并打磨、清理；（5）将制得的铸件在1030℃进行加热保持6小时后，出炉空冷淬火；（6）将空冷淬火处理的铸件，在790℃进行高温回火处理，回火保持时间12小时，出炉空冷。
制得的衬板化学成分（质量%）：
C Si Mn Ni Cr Mo V Ti Nb RE Fe S P
0.35 0.8 0.72 0.60 14.8 1.0 0.40 0.05 0.10 0.02 余 0.025 0.03
制得衬板力学性能：硬度35HRC，ak 31J/cm2。
实施例2
用1000公斤中频感应电炉熔炼钢水，将钢液浇注到消失模铸型中，在台车式电阻炉热处理，其制造工艺步骤是：（1）将废钢、铬铁、钼铁、镍板混合装入电炉中加热熔化；（2）炉前调整成分合格后，将钢液温度升至1610℃，加入锰铁、硅铁进行预脱氧，预脱氧1分钟后，加入占钢水重量0.1%的铝终脱氧，而后加入钛铁、钒铁和铌铁，熔清后升温至1650℃出钢；（3）将稀土硅铁合金碎至5mm粒度，经200℃烘干后，置于包底部，用包内冲入法对钢水进行变质处理；（4）将钢水浇注在消失模铸型中，铸件在型中保持16小时后，开箱取出铸件，并打磨、清理；（5）将制得的铸件在1040℃进行加热保持6小时后，出炉空冷淬火；（6）将空冷淬火处理的铸件，在800℃进行高温回火处理，回火保持时间12小时，出炉空冷。
制得的衬板化学成分（质量%）：
C Si Mn Ni Cr Mo V Ti Nb RE Fe S P
0.32 0.73 0.60 1.0 16.0 0.6 0.51 0.07 0.05 0.025 余 0.03 0.01
制得衬板力学性能：硬度30HRC，ak 40J/cm2。
实施例3
用1000公斤中频感应电炉熔炼钢水，将钢液浇注到消失模铸型中，在台车式电阻炉热处理，其制造工艺步骤是：（1）将废钢、铬铁、钼铁、镍板混合装入电炉中加热熔化；（2）炉前调整成分合格后，将钢液温度升至1620℃，加入锰铁、硅铁进行预脱氧，预脱氧1分钟后，加入占钢水重量0.1%的铝终脱氧，而后加入钛铁、钒铁和铌铁，熔清后升温至1660℃出钢；（3）将稀土硅铁合金碎至6mm粒度，经200℃烘干后，置于包底部，用包内冲入法对钢水进行变质处理；（4）将钢水浇注在消失模铸型中，铸件在型中保持16小时后，开箱取出铸件，并打磨、清理；（5）将制得的铸件在1050℃进行加热保持6小时后，出炉空冷淬火；（6）将空冷淬火处理的铸件，在810℃进行高温回火处理，回火保持时间12小时，出炉空冷。
制得的衬板化学成分（质量%）：
C Si Mn Ni Cr Mo V Ti Nb RE Fe S P
0.30 0.60 0.80 0.75 13.0 0.67 0.60 0.10 0.06 0.03 余 0.01 0.028
制得衬板力学性能：硬度28HRC，ak 42J/cm2。
上述实施例只是本发明的三个实例，并不是用来限制本发明的实施与权利范围，凡与本发明所述内容相同或等同的技术方案，均应包括在本发明保护范围内。
Claims (2)
1.一种水熄焦车用中碳高铬合金铸钢衬板，其特征在于它的化学组成成分的质量百分比为：0.30-0.35C、0.6-0.8Si、0.6-0.8Mn、13-16Cr、0.6-1.0Ni、0.6-1.0Mo、0.4-0.6V、0.05-0.10Ti、0.05-0.10Nb、0.02-0.03RE、0.01-0.03S、0.01-0.03P，余为Fe和不可避免的微量杂质。
2.如权利要求1所述的衬板的制造方法，其特征在于：用中频感应电炉生产，采用消失模铸造，其工艺步骤为：
（1）将废钢、铬铁、钼铁和镍板混合放入炉中加热熔化；
（2）炉前调整成分合格后将钢液温度升至1600-1620℃，加入锰铁、硅铁进行预脱氧，预脱氧1-2分钟后，加入占钢水重量0.1%的铝终脱氧，而后加入钛铁、钒铁和铌铁，熔清后升温至1650±10℃出钢；
（3）将稀土硅铁合金碎至4-6mm粒度，经200℃烘干后，置于包底部，用包内冲入法对钢水进行变质处理；
（4）将变质处理后的钢水浇注在消失模铸型中，铸件在铸型中保持16小时后，开箱取出铸件，并打磨、清理；
（5）将制得的铸件在1040±10℃进行加热保持6小时后，出炉空冷淬火；
（6）将空冷淬火处理的铸件，在800±10℃进行高温回火处理，回火保持时间12小时，出炉空冷至室温，即得中碳高铬合金铸钢水熄焦车衬板。
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