CN1032599C - 节镍耐热钢 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种含有稀土等的节镍耐热钢，该钢的主要征特是加入少量稀土及其他微量元素，含有较低的镍，合金的总含量较少，比较经济。钢在650-1000℃范围内具有较高的高温强度、良好的抗氧化性及较小的时效脆性倾向，可采用电炉或非真空感应炉冶炼，可以生产各种变形材及铸件。本发明适用于650-1000℃的各种炉用及其他耐热构件。

Description

本发明属于合金钢中的一种含有稀土及其他微量元素的铬镍臭氏体耐热钢。适用于制作650-1000℃内的各种耐热构件。
国内外在650-1000℃温度范围内大量采用1Cr18Ni9Ti，Cr25Ni13、Cr20Ni14Si2等钢种，其含镍量较高，价格较贵。为了节镍，国内亦开展了铬锰氮型(如Cr21Mn12Si2N)，铁铝锰型(Mn30A19型)等耐热钢的研究，但由于钢中含锰较高，抗氧化性能较差，且长时间高温时效和使用后，脆性倾向也较严重，影响了钢的使用效果，限制了其使用范围。目前在国外现有技术中日本的公开特许公报报导的昭59-16954、昭61-183449、昭58-141891、昭59-162256和GB1525243、US3969109等也对含稀土的耐热钢进行了介绍，这些耐热钢虽然能满足在高温下的一些使用要求，但其大部分含镍量均较高，势必价格昂贵，有的锰含量较高，对高温抗氧化不利，有的N含量较高，冶炼工艺较难控制，这些均使其在推广使用中受到限制。
本发明的目的是提供一种在650-1000℃范围内，有较高的高温强度，良好的高温抗氧化性及较小的时效脆性倾向的节镍耐热钢。
为了达到上述目的，本发明耐热钢的具体化学成分(重量％)为C0.26～0.40％；Si1.0～3.0％；Mn1.0～2.8％；Cr18～22％； Ni2.0～4.8％；N0.15～0.28％；RE0.001～0.20％； Mg0.0005～0.10％；Zr≤0.2％；其余为Fe。在本发明钢中采用碳，氮及少量镍作为奥氏体化元素，以形成奥氏体基体。在本发明钢中碳是强烈的奥氏体形成元素，在钢中加入较高的碳元素，以扩大和稳定奥氏体，降低镍含量。同时由于碳化物弥散强化，提高了钢的高温蠕变破断强度，并可抑制σ相的形成，减少钢的时效脆性倾向。
在保证钢形成奥氏体基体并有足够的稳定性的情况下，把镍控制在2.0～4.8％较低的含量水平，仍能得到与高镍钢相当的性能，从而使钢达到了节镍的目的，也保证了钢在高温下的基本强度要求。另外利用碳、氮、稀土复合合金化进一步提高了钢的高温强度。铬、硅是本发明钢保证具有足够抗氧化性的主要合金元素，但考虑综合机械性能，铬控制在18～22％，硅控制在1～3％的范围内，其中在钢中加入微量的稀土元素，增加了氧化膜的粘附性，使本发明钢的抗氧化性明显提高，达到了1000℃以内的使用要求。在本发明钢中含有较高的碳、硅元素，保证了钢液的流动性，使本发明钢的铸造性能也很好，钢中加入微量元素镁，锆，可以净化晶界，强化晶界，改善高温强度，加入镁后，还可以细化晶粒，改善钢的热塑性，提高成材率将使本发明钢的铸造性能也很好。
本发明钢可以采用电炉或非真空感应炉冶炼，因为本发明钢的铸造性能好，可以采用砂模铸型浇铸成各种形状的部件，也可采用离心浇铸成管材；可以进行锻造、轧制加工成各种变形材等。铸件可以铸态交货，变形材进行固溶热处理。
本发明钢与现有技术钢相比较具有好的高温强度和抗氧化性能，其对比结果见表1。通过对比表明，与现有铬镍奥氏体钢相比较，本发明钢中的镍含量明显降低，所以比较经济；而且高温强度及抗氧化性都达到或超过了对比钢的水平。本发明钢与铬锰氮型钢相比较，因钢中锰含量较低，明显的改善了钢的抗氧化性，且钢中总合金含量低，并具不较小的时效脆性倾向。同时本发明钢还具有冶炼、浇铸成型容易，生产工艺简单易于掌握等优点。
实施例
根据上述化学成分范围，在感应炉上冶炼了三炉本发明钢及1Cr20Ni14Si2，4Cr25Ni13对比钢各一炉，其具体化学成份见表2。钢冶炼后分别浇铸成钢锭及铸态试样，钢锭锻造成棒材，然后再分别对锻造及铸态试样进行了性能检验。本发明钢由于加入了稀土、镁等微量元素后，改善了抗氧化性能。表3为1000℃氧化增重试验结果。表4列举了本发明钢与对比钢的力学性能测试对比结果。(表1—4见文后)
表1本发明钢与现有技术钢种的性能对比
(锻造状态，固溶处理)
Figure C9410095600031
表3 1000℃氧化增重试验对比结果(g/m2·h)
Figure C9410095600032
表2三炉本发明钢和对比钢的具体化学成分含量(重量％)
Figure C9410095600041
表4实施例的力学性能测试对比结果
   钢    号   状    态        室       温       性      能          900℃拉伸
   σbMPa   δ5％    ψ％     QkJ/cm2     σbMPa   δ5％    ψ％
本发明钢     1 铸态 765 29.1  27.3  28.6    187.2   12.8   21.7
    2 铸态 762 27.0  24.1  33.6    186.8   12.2   18.8
    3 锻态固溶处理 810 63.8  64.5  276.3    167.4   45.8   46.6
  1Cr20Ni14S12 锻态固溶处理 649 59.5  -  239.1    101.9   50.0   46.8
   4Cr25Ni13 铸态 548 12.5  23.0  35.4    147.0   12.5     -

Claims (2)

1、一种适合在650-1000℃温度下使用的含有稀土及其他微量元素的节镍耐热钢，其特征在于耐热钢的化学成份含量为(重量％)：C 0.26～0.40％； Si1.0～3％；Mn1-2.8％； Cr18.0～22％；Ni2.0～4.8％； N 0.15～0.28％； RE0.001～0.2％；Mg0.0005～0.10％；其余为铁。
2、根据权利要求1所述的耐热钢，其特征在于钢的化学成分中还含有Zr≤0.2％。
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