CN103276318A - 高铝310s铸件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

高铝310S铸件及其制备方法，其铸件，按质量百分数计，其成分为：Cr:24-26%,Ni:19-22%,Al:1.5-3%,Si:≤1.5%，Mn:≤2%,C:≤0.08%,余量为Fe；制备方法的步骤为：（1）将石英砂、呋喃树脂、固化剂按照100:1:0.4比例称取，混合搅拌后制成尺寸为170×30-70×50的楔形砂型，待砂型固化后，将楔形模具取出，在砂型内部涂碱性醇基镁砂粉涂料快刷燃烧自干；（2）按权利要求1所述成分准备炉料，炉料为铝锭、310S板材；（3）将称取的炉料在大气环境下加热，加热至700℃，保温半小时，再加热至1635-1684℃，保温20-25分钟；（4）将熔融态钢水浇注在砂型中，浇注温度为1565-1614℃；（5）固溶处理：在1150～1180℃保温25～30min后水淬。

Description

高铝310S铸件及其制备方法

技术领域

    本发明涉及高铝310S铸件的制备技术。

背景技术

310S耐热钢是航空、石化、能源等领域高温零部件主要用钢，其能在这些领域的水蒸气、硫化气氛中长期服役主要依赖于表面形成稳定的Cr₂O₃氧化膜。然而，随着全球一次能源供应日趋紧张、环保意识增强的情况下，亟待通过提高高温零部件的工作温度实现上述行业的技术改进提高能源利用效率。但Cr₂O₃膜在高温（＞600-650℃）含水蒸气环境下长期服役，Cr₂O₃保护膜易于和水蒸气形成不稳定的或者挥发性的含Cr氢氧化物，导致合金抗氧化性能明显下降。

在310S的基础上加入1.5%~3%（质量百分比）的铝元素以后，基体表面会形成较Cr₂O₃更稳定的Al₂O₃保护膜，从而显著提高310S的高温抗氧化性。但由于Al是强铁素体形成元素，在310S的基础上加入铝元素之后，由于凝固过程中的成分偏析，基体中难免会形成部分铁素体基体。而铁素体的本征脆性使其在500℃-600℃时的抗蠕变性急剧下降，这将导致钢抗蠕变性能的降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种高铝310S铸件及其制备方法。

本发明是高铝310S铸件及其制备方法，高铝310S铸件，按质量百分数计，其成分为：Cr: 24-26%, Ni: 19-22%, Al: 1.5-3%, Si: ≤1.5%，Mn: ≤2%, C: ≤0.08%, 余量为Fe。

高铝310S铸件的制备方法，其步骤为：

（1）将石英砂、呋喃树脂、固化剂按照100:1:0.4比例称取，混合搅拌后制成尺寸为170×30-70×50的楔形砂型，待砂型固化后，将楔形模具取出，在砂型内部涂碱性醇基镁砂粉涂料快刷燃烧自干；

（2）按权利要求1所述成分准备炉料，炉料为铝锭、310S板材；

（3）将称取的炉料在大气环境下加热，加热至700℃，保温半小时，再加热至1635-1684℃，保温20-25分钟；

（4）将熔融态钢水浇注在砂型中，浇注温度为1565-1614℃；

（5）固溶处理：在1150～1180℃保温25～30min后水淬。

本发明的铸态、固溶态力学性能与国标固溶态310S力学性能对比如下表：

拉伸实验在岛津AT10t试验机上进行，最大载荷10t，拉伸速率0.5mm/min。每个成分测试3个试样；硬度在HBRVU-187.5型布洛维氏光学硬度计上测量，载荷为298N;高温氧化实验在AZ2000快速升温箱式电阻炉中进行，测试温度1000℃，氧化时间为100h。

 

 从表中可以看出，本发明的合金在1000℃、100小时的氧化增重速率明显低于传统的310S耐热钢，并且高铝310S耐热钢在高温环境中的服役时间越长，其高温抗氧化性能的优越性越明显。在保证具有优良高温抗氧化性的同时，所设计合金铸件、铸锭的综合力学性能并未显著降低，某些合金的综合力学性能反而得到较大幅度的提升。上述的这些性能指数都是严格按照国家标准来执行的。

具体实施方式

实施例1: 

将石英砂、呋喃树脂、固化剂按照100:1:0.4比例称取，混合搅拌后制成尺寸为170×30-70×50的楔形砂型，待砂型固化后，将楔形模具取出，在砂型内部涂碱性醇基镁砂粉涂料快刷燃烧自干。为增强组织的致密度，砂型底部预埋20mm厚的冷铁。

按质量百分比计，Ni：20%，Al：1.5%，Cr：25%，Si：1.5%，Mn: 2%,C：0.08%，余量为Fe，称取相应的铝锭和310S板，其中Al元素的烧损率按30%计算，将称好的试样依次装入中频感应炉中，设定加热参数，升温至700℃，保温半小时，然后继续加热至1645℃，保温20分钟浇注，浇注温度为1575℃。

浇注时将钢液顶层结壳击碎以保证试样组织致密，冒口在液态下依靠大气压力进行充分补缩，防止疏松和缩孔，待试样完全凝固后从砂型中取出。测得铸态铝质量分数为1.5%的310S的室温力学性能为：屈服强度σ_0.2=272MPa，抗拉强度σ_b=515MPa，延伸率=33%,硬度=171HV。2：将铸态的工件在1150℃保温30min水淬。测得固溶态铝质量分数为1.5%的310S的室温力学性能为：屈服强度σ_0.2=356MPa，抗拉强度σ_b=595MPa，延伸率=36.2%，硬度=。800℃瞬时高温力学性能为：屈服强度σ_0.2=145MPa，抗拉强度σ_b=123MPa。1000℃氧化速率=0.316 g.m^-2.h^-1。

实施例2:

将石英砂、呋喃树脂、固化剂按照100:1:0.4比例称取，混合搅拌后制成尺寸为170×30-70×50的楔形砂型，待砂型固化后，将楔形模具取出，在砂型内部涂碱性醇基镁砂粉涂料快刷燃烧自干。为增强组织的致密度，砂型底部预埋20mm厚的冷铁。

按质量百分比计，Ni：20%，Al：2%，Cr：25%，Si：1.5%，Mn: 2%,C：0.08%，余量为Fe，称取相应的铝锭和310S板，其中Al元素的烧损率按30%计算，将称好的试样依次装入中频感应炉中，设定加热参数，升温至700℃，保温半小时，然后继续加热至1660℃，保温20分钟浇注，浇注温度为1593℃。

浇注时将钢液顶层结壳击碎以保证试样组织致密，冒口在液态下依靠大气压力进行充分补缩，防止疏松和缩孔，待试样完全凝固后从砂型中取出。测得铸态铝质量分数为2%的310S的室温力学性能为：屈服强度σ_0.2=310MPa，抗拉强度σ_b=613MPa，延伸率=21.5%，硬度=164HV。 2：将铸态的工件在1150℃保温30min水淬。测得固溶态铝质量分数为2%的310S的室温力学性能为：屈服强度σ_0.2=475MPa，抗拉强度σ_b=745MPa，延伸率=16.8%，硬度=202HV。800℃瞬时高温力学性能为：屈服强度σ_0.2=174MPa，抗拉强度σ_b=195MPa。

1000℃氧化速率=0.3 g.m^-2.h^-1。

实施例3:

将石英砂、呋喃树脂、固化剂按照100:1:0.4比例称取，混合搅拌后制成尺寸为170×30-70×50的楔形砂型，待砂型固化后，将楔形模具取出，在砂型内部涂碱性醇基镁砂粉涂料快刷燃烧自干。为增强组织的致密度，砂型底部预埋20mm厚的冷铁。

按质量百分比计，Ni：20%，Al：3%，Cr：25%，Si：1.5%，Mn: 2%,C：0.08%，余量为Fe，称取相应的铝锭和310S板，其中Al元素的烧损率按30%计算，将称好的试样依次装入中频感应炉中，设定加热参数，升温至700℃，保温半小时，然后继续加热至1684℃，保温25分钟浇注，浇注温度为1614℃。

浇注时将钢液顶层结壳击碎以保证试样组织致密，冒口在液态下依靠大气压力进行充分补缩，防止疏松和缩孔，待试样完全凝固后从砂型中取出。测得铸态铝质量分数为3%的310S的室温力学性能为：屈服强度σ_0.2=350MPa，抗拉强度σ_b=575MPa，延伸率=4.8%，硬度=218HV。2：将铸态的工件在1150℃保温30min水淬。测得固溶态铝质量分数为3%的310S的室温力学性能为：屈服强度σ_0.2=259MPa，抗拉强度σ_b=259MPa，延伸率=3.3%，硬度=263HV。800℃瞬时高温力学性能为：屈服强度σ_0.2=140MPa，抗拉强度σ_b=185MPa。1000℃氧化速率=0.309 g.m^-2.h^-1。

Claims (2)

1.高铝310S铸件，按质量百分数计，其成分为：Cr: 24-26%, Ni: 19-22%, Al: 1.5-3%, Si: ≤1.5%，Mn: ≤2%, C: ≤0.08%, 余量为Fe。

2.高铝310S铸件的制备方法，其步骤为：

（1）将石英砂、呋喃树脂、固化剂按照100:1:0.4比例称取，混合搅拌后制成尺寸为170×30-70×50的楔形砂型，待砂型固化后，将楔形模具取出，在砂型内部涂碱性醇基镁砂粉涂料快刷燃烧自干；

（2）按权利要求1所述成分准备炉料，炉料为铝锭、310S板材；

（3）将称取的炉料在大气环境下加热，加热至700℃，保温半小时，再加热至1635-1684℃，保温20-25分钟；

（4）将熔融态钢水浇注在砂型中，浇注温度为1565-1614℃；

（5）固溶处理：在1150～1180℃保温25～30min后水淬。