CN103320673B - 一种抗高温氧化的合金钢及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗高温氧化的合金钢及其制备方法，该合金钢的各种原材料的组成按质量百分比为：Q235废钢39.0～41.5%，不锈钢钢屑25.0～28.0%，镍基合金废料14.0～16.0%，锰铁2.0～2.2%，高碳铬铁8.0～8.5%，金属铝4.5～4.8%，硅铁1.0～1.2%，钨铁1.0～1.2%，钇基重稀土硅铁镁合金0.8～1.0%，硅钙合金0.30～0.45%。该合金钢经电炉熔炼，铸造成形和600℃～650℃热处理后，具有优良的抗氧化能力。
Description
技术领域
本发明属于合金钢技术领域，涉及一种合金钢及其制备方法，尤其是一种抗高温氧化的合金钢及其制备方法。
背景技术
HP40合金因其优异的高温强度、良好的抗氧化与高温抗腐蚀性而作为裂解炉管的关键部件在石化产业中得以广泛应用。但是最近有研究认为，HP40合金中含有较高的镍会促进炉管内壁结焦，并向炉管内部渗碳，严重降低炉管使用寿命。通常认为合金高温服役期间，在材料表面形成一层完整致密的氧化铬可以有效地保护基体，提高合金的使用寿命。在此基础上，有人通过预氧化的方法促进合金表面形成一层致密氧化铬，以提高合金的抗高温腐蚀能力。但是由于合金服役期间受到热应力的影响，因此氧化膜容易剥落，从而失去其对基体的保护性。另一方面，当硅元素以不连续内氧化产物的形式存在于氧化膜与基体界面时，可以显著提高氧化膜与基体结合强度。
为了提高合金钢的抗高温氧化性能，中国发明专利CN1391517公开了具有良好耐高温氧化性的耐热合金的制备方法，其中由奥氏体的耐热镍基合金或钴基合金或不锈钢构成的良好变形性的基础材料在一面或两面上涂覆上一层铝或铝合金，这种由基础材料和铝涂层形成的复合材料有良好的粘附性，通过变形在有或没有中间退火的情况下形成最终尺寸。中国发明专利CN101798662A还公开了一种抗高温氧化性的篦条及其制备方法，该发明包括如下重量百分含量的组分：C0.3～0.6％，N0.2～0.4％，Cr22～25％，Si0.3～0.5％，Mn3～4％，Ni6～8％，B0.001～0.002％，Zr＜0.01％，余量为Fe。该发明的篦条采用熔化、精炼、合金化和浇注几个阶段进行制备而成。该发明篦条具有高硬度和较好冲击性能，在高温下抵抗变形能力提高，同时耐磨性也提高，由于该发明篦条的氧化膜中不含Mn3O4，使得其氧化膜在高温下稳定且致密性和连续性较好，与基材的结合程度较高，具有优良的抗氧化性能，优于现有篦条。中国发明专利CN101746090A还公开了一种高温合金表面抗高温氧化及阻止第二次反应区形成的粘结层及其制备方法。首先采用电镀的方法在基体上电镀一层Ru，然后采用电子束物理气相沉积方法沉积上一层MCrAlYHf层，从而制得MCrAlYHf/Ru双层结构粘结层。这种双层结构粘结层能有效地阻挡基体与涂层间元素的互扩散，抑制第二次反应区(SRZ)的形成，从而提高高温合金的抗高温氧化性能，是一种新型的热障涂层粘结层材料。中国发明专利CN1465745还公开了一种高温合金抗高温氧化及热腐蚀的方法，其特征在于：首先在高温合金基体的表面制造一厚度为10～100μm的MCrAlY涂层，M选自Ni、Co或NiCo；再在MCrAlY涂层的表面烧制一厚度为20～100μm的搪瓷涂层，搪瓷涂层的成分为重量百分比：SiO255-63，Al2O33.4-9.7，ZrO23-6，ZnO8-12，B2O33-10，CaO3-6，Na2O3-4，稀土RuO、CeO、Y2O31-2，MgO、NiO、CoO余量。该发明搪瓷涂层不但可以抑制氧，氯等离子进入MCrAlY涂层，另一方面由于搪瓷低的导热系数，还可提高基体合金的使用温度，从而具有热障涂层的作用。中国发明专利CN1775984还公开了一种抗高温氧化及耐高温腐蚀的高温合金，合金化学成分的重量百分比为C≤0.08％、Si≤0.8％、Mn≤0.8％、Ni40～50％、Cr14～20％、Al3.8～7.5％、Y≤0.3％、余量为Fe。该合金最高使用温度达1350℃，长期使用最高温度达1300℃，同时具有优异的高温抗氧化性能和一定的高温耐腐蚀性能、较高的高温强度，并能够进行冷、热变形加工以生产出合金材的高温合金，应用于制作高温模具、高温夹具、高温抗氧化、高温耐腐蚀热电偶保护管等，克服了刚玉、二硅化钼管以及高温合金表面涂层等方法的缺点，解决了1200～1350℃这一温区测温用热电偶保护管材料问题。中国发明专利CN1370848还公开了一种耐热耐磨耐高温氧化抗热腐蚀硅化物合金。该合金的成分范围：Si：2－30％，Al：0.2－15％，C：0.2－10％，Cr：2－40％，Ni：2－60％，Fe：2－60％，还可添加Ti：0－50％，或/和W：0－70％，或/和Mo：0－50％通过冶炼惰性气体雾化制成。中国发明专利CN1431338还公开了一种提高TiAl合金抗高温氧化的铬改性铝化物涂层的制备，该涂层由铝67、钛25和铬8组成，其制备工艺采用包埋渗的方法制备，其方法是：先按量准确称取渗剂，渗剂的配比按重量百分比为：8-12％铝，25-35％铬，1-3％氯化钠，2-4％氯化氨，其余为三氧化二铝；将称取好的渗剂进行研磨和搅拌；将充分混合好的渗剂置于温度为110℃的烘箱中进行烘干；把烘干过的渗剂装入坩埚，并把试样埋入渗剂中，再将坩埚置入高温电阻炉后通入干燥氩气，加热到1100℃，通过控制时间，实现在TiAl合金表面制备不同厚度的铬改性铝化物涂层。
但是，上述发明存在贵重合金元素加入量较多，材料成本高，以及材料的抗高温氧化性能不足等缺陷。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种抗高温氧化的合金钢及其制备方法，该合金钢是在Q235废钢和不锈钢钢屑基础上，加入镍基合金废料、金属铝、高碳铬铁、硅铁、锰铁、钨铁、硅钙合金和钇基重稀土硅铁镁合金，其具有显著的抗高温氧化性能。
本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：
这种抗高温氧化的合金钢的各原材料的组成按质量百分比为：Q235废钢39.0～41.5%，不锈钢钢屑25.0～28.0%，镍基合金废料14.0～16.0%，锰铁2.0～2.2%，高碳铬铁8.0～8.5%，金属铝4.5～4.8%，硅铁1.0～1.2%，钨铁1.0～1.2%，钇基重稀土硅铁镁合金0.8～1.0%，硅钙合金0.30～0.45%。
上述Q235废钢的化学组成按质量百分比为：0.14～0.22%C，0.30～0.65%Mn，Si≤0.30，S≤0.050，P≤0.045，余量为Fe。
上述不锈钢钢屑的化学组成按质量百分比为：C≤0.07，Si≤1.0，Mn≤2.0，Cr为17.0～19.0%，Ni为8.0～11.0，P≤0.035，S≤0.03，余量为Fe。
上述镍基合金废料的化学组成按质量百分比为：C≤0.10%，Mn≤0.50%，Si≤0.50%，P≤0.015%，S≤0.015%，Cr20.0～23.0%，Ni58.0～60.0，Mo8.0～10.0%，Ti≤0.40%，Al≤0.40%，Fe≤5.0%，Nb3.15～4.15%。
上述高碳铬铁的化学组成按质量百分比为：Cr62.0～68.0%，C7.0～8.5%，Si2.0～3.5%，余量为Fe。
进一步的，上述钨铁的化学组成按质量百分比为：W75.0～85.0%，C≤0.4%，P≤0.05%，S≤0.07%，余量为Fe。硅铁化学组成按质量百分比％为：Si74.0-80.0%,Al≤0.5%,Ca≤1.0%,P≤0.035%,S≤0.02%,C≤0.1%,余量Fe。锰铁的化学组成按质量百分比为：Mn78.0-85.0%,C≤1.5%,P≤0.2%,S≤0.03%,Si≤1.5%,余量为Fe。硅钙合金的化学组成按质量百分比为：Si55-65%,Ca≥28%,C≤0.8%,P≤0.04%,S≤0.05%,Al≤2.0%,余量为Fe；所述钇基重稀土硅铁镁合金的化学组成按质量百分比为：Y6-8%,Mg8-9%,Ca0.5-1.5%,Ba1.0-2.0%,Si42-44%,余量为Fe。
本发明还提出一种上述抗高温氧化的合金钢的制备方法，包括以下步骤：
（1）将质量分数39.0～41.5%的Q235废钢，25.0～28.0%的不锈钢钢屑，14.0～16.0%的镍基合金废料，8.0～8.5%的高碳铬铁和1.0～1.2%的钨铁混合加热熔化，钢水熔清后测温，当钢水温度达到1560～1580℃时，加入质量分数1.0～1.2%的硅铁和质量分数2.0～2.2%的锰铁，当钢水温度达到1580～1600℃时，加入质量分数0.30～0.45%的硅钙合金，继续升温至1640～1660℃时，加入质量分数4.5～4.8%的金属铝，保温70～120秒后出炉；钢水出炉过程中，当钢水出炉1/3～1/2时，将经过200℃～250℃预热2～3小时的质量分数0.8～1.0%的钇基重稀土硅铁镁合金，随钢水流仍入浇包进行变质处理；
（2）当钢水温度降至1510～1530℃时，在铸型中浇注成铸件；
（3）铸件经打磨和清理后，在600℃～650℃进行热处理，保温时间10～12小时，然后空冷或炉冷至室温即可。
本发明合金钢中Al元素加入后，碳化物主要以杆状及块状形态出现。预氧化后在合金表面形成完整的Al2O3层，并且在氧化层内部存在大量的Mn1.5Cr1.5O4颗粒。但是，在Al2O3层形成的过程中，亚表层并未出现贫Cr富Si现象，进而抑制了合金亚表层内氧化的产生。而由于合金表面的Al2O3层较薄，在循环渗碳过程中并未发生明显的剥落，显著改善了合金的抗渗碳性能。由镍基合金中带入的铌元素加入合金钢后，铸态组织中的NbC在热处理过程中会发生向Ni16Nb6Si7的转变，并导致Ni16Nb6Si7相与基体界面处出现环状碳化铬，造成合金高温力学性能下降。在合金钢中加入W元素后，其主要固溶于NbC与碳化铬中，并抑制了时效过程中NbC向Ni16Nb6Si7相的转变，改善了合金钢高温力学性能。
综上所述，本发明与现有技术相比，具有以下特点：
1）本发明材料具有良好的抗高温氧化能力，1100℃氧化120h后增重量为12.5～15.0g/m2，远低于HP40合金试样在相同条件下的氧化增重（32.7g/m2）。
2）本发明材料具有优异的高温力学性能，900℃的抗拉强度达到325～337MPa，高于HP40合金试样在相同条件下的抗拉强度（276MPa）。
3）本发明材料克服了HP40合金中含有较高的镍会促进炉管内壁结焦，并向炉管内部渗碳，降低炉管使用寿命的难题。本发明因锰、铝和铬的共同作用，显著改善了合金的抗渗碳性能，延长了乙烯裂解炉管的使用寿命。
具体实施方式
本发明提出的抗高温氧化的合金钢的各原材料的组成按质量百分比为：Q235废钢39.0～41.5%，不锈钢钢屑25.0～28.0%，镍基合金废料14.0～16.0%，锰铁2.0～2.2%，高碳铬铁8.0～8.5%，金属铝4.5～4.8%，硅铁1.0～1.2%，钨铁1.0～1.2%，钇基重稀土硅铁镁合金0.8～1.0%，硅钙合金0.30～0.45%。其中，各原材料的成分如下：
Q235废钢的化学组成按质量百分比为：0.14～0.22%C，0.30～0.65%Mn，Si≤0.30，S≤0.050，P≤0.045，余量为Fe。
不锈钢钢屑的化学组成按质量百分比为：C≤0.07，Si≤1.0，Mn≤2.0，Cr为17.0～19.0%，Ni为8.0～11.0，P≤0.035，S≤0.03，余量为Fe。
镍基合金废料的化学组成按质量百分比为：C≤0.10%，Mn≤0.50%，Si≤0.50%，P≤0.015%，S≤0.015%，Cr20.0～23.0%，Ni58.0～60.0，Mo8.0～10.0%，Ti≤0.40%，Al≤0.40%，Fe≤5.0%，Nb3.15～4.15%。
高碳铬铁的化学组成按质量百分比为：Cr62.0～68.0%，C7.0～8.5%，Si2.0～3.5%，余量为Fe。
钨铁的化学组成按质量百分比为：W75.0～85.0%，C≤0.4%，P≤0.05%，S≤0.07%，余量为Fe。
硅铁的化学组成按质量百分比％为：Si74.0-80.0%,Al≤0.5%,Ca≤1.0%,P≤0.035%,S≤0.02%,C≤0.1%,余量Fe。
锰铁的化学组成按质量百分比为：Mn78.0-85.0%,C≤1.5%,P≤0.2%,S≤0.03%,Si≤1.5%,余量为Fe。
所述硅钙合金的化学组成按质量百分比为：Si55-65%,Ca≥28%,C≤0.8%,P≤0.04%,S≤0.05%,Al≤2.0%,余量为Fe；所述钇基重稀土硅铁镁合金的化学组成按质量百分比为：Y6-8%,Mg8-9%,Ca0.5-1.5%,Ba1.0-2.0%,Si42-44%,余量为Fe。
按照以上原材料配比，该抗高温氧化的合金钢的制备方法按照以下步骤进行：
（1）将Q235废钢，不锈钢钢屑，镍基合金废料，高碳铬铁和钨铁混合加热熔化，钢水熔清后测温，当钢水温度达到1560～1580℃时，加入硅铁和锰铁，当钢水温度达到1580～1600℃时，加入质量分数硅钙合金，继续升温至1640～1660℃时，加入金属铝，保温70～120秒后出炉；钢水出炉过程中，当钢水出炉1/3～1/2时，将经过200℃～250℃预热2～3小时的钇基重稀土硅铁镁合金，随钢水流仍入浇包进行变质处理；
（2）当钢水温度降至1510～1530℃时，在铸型中浇注成铸件；
（3）铸件经打磨和清理后，在600℃～650℃进行热处理，保温时间10～12小时，然后空冷或炉冷至室温即可。
下面结合实施例对本发明做进一步详述。
实施例1
采用1000公斤感应电炉冶炼本发明材料，具体工艺步骤是：
（1）将质量分数40.0%的Q235废钢（质量百分比％为：0.14～0.22C，0.30～0.65Mn，Si≤0.30，S≤0.050，P≤0.045，Fe余量），26.5%的不锈钢钢屑（百分比％为：≤0.07C,≤1.0Si,≤2.0Mn,17.0～19.0Cr,8.0～11.0Ni,≤0.035P,≤0.03S,Fe余量），15.0%的镍基合金废料（质量百分比％为：≤0.10C,≤0.50Mn,≤0.50Si,≤0.015P,≤0.015S,20.0～23.0Cr,58.0～60.0Ni,8.0～10.0Mo,≤0.40Ti≤0.40Al,≤5.0Fe,3.15～4.15Nb），8.3%的高碳铬铁（质量百分比％为：62.0～68.0Cr，7.0～8.5C，2.0～3.5Si，余量为Fe）和1.1%的钨铁（质量百分比％为：75.0～85.0W,≤0.4C,≤0.05P,≤0.07S,余量Fe）混合加热熔化，钢水熔清后测温，当钢水温度达到1562℃时，加入质量分数1.1%的硅铁（质量百分比％为：74.0-80.0Si,≤0.5Al,≤1.0Ca,≤0.035P,≤0.02S,≤0.1C,余量Fe）和质量分数2.1%的锰铁（质量百分比％为：78.0-85.0Mn,≤1.5C,≤0.2P,≤0.03S,≤1.5Si,余量Fe），当钢水温度达到1583℃时，加入质量分数0.40%的硅钙合金（质量百分比％为：55-65Si,≥28Ca,≤0.8C,≤0.04P,≤0.05S,≤2.0Al,余量Fe），继续升温至1645℃时，加入质量分数4.6%的金属铝，保温120秒后出炉。钢水出炉过程中，当钢水出炉1/3～1/2时，将经过250℃预热2小时的质量分数0.9%的钇基重稀土硅铁镁合金（质量百分比％为：6-8Y,8-9Mg,0.5-1.5Ca,1.0-2.0Ba,42-44Si,余量Fe），随钢水流仍入浇包进行变质处理。
（2）当钢水温度降至1513℃时，在铸型中浇注成铸件。
（3）铸件经打磨和清理后，在600℃℃进行热处理，保温时间12小时，然后空冷或炉冷至室温即可。合金钢的性能见表1。
实施例2
采用1000公斤感应电炉冶炼本发明材料，具体工艺步骤是：
（1）将质量分数40.5%的Q235废钢（质量百分比％为：0.14～0.22C，0.30～0.65Mn，Si≤0.30，S≤0.050，P≤0.045，Fe余量），25.0%的不锈钢钢屑（百分比％为：≤0.07C,≤1.0Si,≤2.0Mn,17.0～19.0Cr,8.0～11.0Ni,≤0.035P,≤0.03S,Fe余量），16.0%的镍基合金废料（质量百分比％为：≤0.10C,≤0.50Mn,≤0.50Si,≤0.015P,≤0.015S,20.0～23.0Cr,58.0～60.0Ni,8.0～10.0Mo,≤0.40Ti≤0.40Al,≤5.0Fe,3.15～4.15Nb），8.0%的高碳铬铁（质量百分比％为：62.0～68.0Cr，7.0～8.5C，2.0～3.5Si，余量为Fe）和1.2%的钨铁（质量百分比％为：75.0～85.0W,≤0.4C,≤0.05P,≤0.07S,余量Fe）混合加热熔化，钢水熔清后测温，当钢水温度达到1579℃时，加入质量分数1.0%的硅铁（质量百分比％为：74.0-80.0Si,≤0.5Al,≤1.0Ca,≤0.035P,≤0.02S,≤0.1C,余量Fe）和质量分数2.2%的锰铁（质量百分比％为：78.0-85.0Mn,≤1.5C,≤0.2P,≤0.03S,≤1.5Si,余量Fe），当钢水温度达到1598℃时，加入质量分数0.30%的硅钙合金（质量百分比％为：55-65Si,≥28Ca,≤0.8C,≤0.04P,≤0.05S,≤2.0Al,余量Fe），继续升温至1658℃时，加入质量分数4.8%的金属铝，保温70秒后出炉。钢水出炉过程中，当钢水出炉1/3～1/2时，将经过200℃预热3小时的质量分数1.0%的钇基重稀土硅铁镁合金（质量百分比％为：6-8Y,8-9Mg,0.5-1.5Ca,1.0-2.0Ba,42-44Si,余量Fe），随钢水流仍入浇包进行变质处理。
（2）当钢水温度降至1526℃时，在铸型中浇注成铸件。
（3）铸件经打磨和清理后，在650℃进行热处理，保温时间10小时，然后空冷或炉冷至室温即可。合金钢的性能见表1。
实施例3
采用1000公斤感应电炉冶炼本发明材料，具体工艺步骤是：
（1）将质量分数39.55%的Q235废钢（质量百分比％为：0.14～0.22C，0.30～0.65Mn，Si≤0.30，S≤0.050，P≤0.045，Fe余量），28.0%的不锈钢钢屑（百分比％为：≤0.07C,≤1.0Si,≤2.0Mn,17.0～19.0Cr,8.0～11.0Ni,≤0.035P,≤0.03S,Fe余量），14.0%的镍基合金废料（质量百分比％为：≤0.10C,≤0.50Mn,≤0.50Si,≤0.015P,≤0.015S,20.0～23.0Cr,58.0～60.0Ni,8.0～10.0Mo,≤0.40Ti≤0.40Al,≤5.0Fe,3.15～4.15Nb），8.5%的高碳铬铁（质量百分比％为：62.0～68.0Cr，7.0～8.5C，2.0～3.5Si，余量为Fe）和1.0%的钨铁（质量百分比％为：75.0～85.0W,≤0.4C,≤0.05P,≤0.07S,余量Fe）混合加热熔化，钢水熔清后测温，当钢水温度达到1569℃时，加入质量分数1.2%的硅铁（质量百分比％为：74.0-80.0Si,≤0.5Al,≤1.0Ca,≤0.035P,≤0.02S,≤0.1C,余量Fe）和质量分数2.0%的锰铁（质量百分比％为：78.0-85.0Mn,≤1.5C,≤0.2P,≤0.03S,≤1.5Si,余量Fe），当钢水温度达到1592℃时，加入质量分数0.45%的硅钙合金（质量百分比％为：55-65Si,≥28Ca,≤0.8C,≤0.04P,≤0.05S,≤2.0Al,余量Fe），继续升温至1650℃时，加入质量分数4.5%的金属铝，保温100秒后出炉。钢水出炉过程中，当钢水出炉1/3～1/2时，将经过230℃预热3小时的质量分数0.8%的钇基重稀土硅铁镁合金（质量百分比％为：6-8Y,8-9Mg,0.5-1.5Ca,1.0-2.0Ba,42-44Si,余量Fe），随钢水流仍入浇包进行变质处理。
（2）当钢水温度降至1522℃时，在铸型中浇注成铸件。
（3）铸件经打磨和清理后，在630℃进行热处理，保温时间11小时，然后空冷或炉冷至室温即可。合金钢的力学性能见表1。
表1合金钢的力学性能
实施例4
首先，准备原材料：
本实施例中，抗高温氧化的合金钢的各原材料的组成按质量百分比为：Q235废钢39%，不锈钢钢屑28.0%，镍基合金废料15%，锰铁2%，高碳铬铁8%，金属铝4.8%，硅铁1.1%，钨铁1%，钇基重稀土硅铁镁合金0.8%，硅钙合金0.3%。其中，Q235废钢的化学组成按质量百分比为：0.14%C，0.30%Mn，Si≤0.30，S≤0.050，P≤0.045，余量为Fe。不锈钢钢屑的化学组成按质量百分比为：C≤0.07，Si≤1.0，Mn≤2.0，Cr为17%，Ni为8%，P≤0.035，S≤0.03，余量为Fe。镍基合金废料的化学组成按质量百分比为：C≤0.10%，Mn≤0.50%，Si≤0.50%，P≤0.015%，S≤0.015%，Cr20%，Ni58%，Mo8%，Ti≤0.40%，Al≤0.40%，Fe≤5.0%，Nb3.15%。高碳铬铁的化学组成按质量百分比为：Cr62%，C7%，Si2%，余量为Fe。钨铁的化学组成按质量百分比为：W75.0%，C≤0.4%，P≤0.05%，S≤0.07%，余量为Fe。硅铁的化学组成按质量百分比％为：Si74%,Al≤0.5%,Ca≤1.0%,P≤0.035%,S≤0.02%,C≤0.1%,余量Fe。锰铁的化学组成按质量百分比为：Mn78%,C≤1.5%,P≤0.2%,S≤0.03%,Si≤1.5%,余量为Fe。所述硅钙合金的化学组成按质量百分比为：Si55%,Ca≥28%,C≤0.8%,P≤0.04%,S≤0.05%,Al≤2.0%,余量为Fe；所述钇基重稀土硅铁镁合金的化学组成按质量百分比为：Y6%,Mg8%,Ca0.5%,Ba1.0%,Si42%,余量为Fe。
然后按照以上原材料配比，本实施例抗高温氧化的合金钢的制备方法按照以下步骤进行：
（1）将Q235废钢，不锈钢钢屑，镍基合金废料，高碳铬铁和钨铁混合加热熔化，钢水熔清后测温，当钢水温度达到1560℃时，加入硅铁和锰铁，当钢水温度达到1580℃时，加入质量分数硅钙合金，继续升温至1640℃时，加入金属铝，保温120秒后出炉；钢水出炉过程中，当钢水出炉1/3时，将经过200℃预热3小时的钇基重稀土硅铁镁合金，随钢水流仍入浇包进行变质处理；
（2）当钢水温度降至1510℃时，在铸型中浇注成铸件；
（3）铸件经打磨和清理后，在600℃进行热处理，保温时间12小时，然后空冷或炉冷至室温即可。
实施例5
首先，准备原材料：
本实施例中，合金钢的各原材料的组成按质量百分比为：Q235废钢41.5%，不锈钢钢屑25.85%，镍基合金废料14%，锰铁2.2%，高碳铬铁8.5%，金属铝4.5%，硅铁1%，钨铁1%，钇基重稀土硅铁镁合金1%，硅钙合金0.45%。其中，各原材料的成分为：Q235废钢的化学组成按质量百分比为：0.22%C，0.65%Mn，Si≤0.30，S≤0.050，P≤0.045，余量为Fe。不锈钢钢屑的化学组成按质量百分比为：C≤0.07，Si≤1.0，Mn≤2.0，Cr为17.0～19.0%，Ni为11.0，P≤0.035，S≤0.03，余量为Fe。
镍基合金废料的化学组成按质量百分比为：C≤0.10%，Mn≤0.50%，Si≤0.50%，P≤0.015%，S≤0.015%，Cr23.0%，Ni60.0%，Mo10.0%，Ti≤0.40%，Al≤0.40%，Fe≤5.0%，Nb4.15%。高碳铬铁的化学组成按质量百分比为：Cr68.0%，C8.5%，Si3.5%，余量为Fe。钨铁的化学组成按质量百分比为：W85.0%，C≤0.4%，P≤0.05%，S≤0.07%，余量为Fe。硅铁的化学组成按质量百分比％为：Si80.0%,Al≤0.5%,Ca≤1.0%,P≤0.035%,S≤0.02%,C≤0.1%,余量Fe。锰铁的化学组成按质量百分比为：Mn85.0%,C≤1.5%,P≤0.2%,S≤0.03%,Si≤1.5%,余量为Fe。所述硅钙合金的化学组成按质量百分比为：Si65%,Ca≥28%,C≤0.8%,P≤0.04%,S≤0.05%,Al≤2.0%,余量为Fe；所述钇基重稀土硅铁镁合金的化学组成按质量百分比为：Y8%,Mg9%,Ca1.5%,Ba2.0%,Si44%,余量为Fe。
然后按照以上原材料配比，本实施例抗高温氧化的合金钢的制备方法按照以下步骤进行：
（1）将Q235废钢，不锈钢钢屑，镍基合金废料，高碳铬铁和钨铁混合加热熔化，钢水熔清后测温，当钢水温度达到1580℃时，加入硅铁和锰铁，当钢水温度达到1600℃时，加入质量分数硅钙合金，继续升温至1660℃时，加入金属铝，保温70秒后出炉；钢水出炉过程中，当钢水出炉1/2时，将经过250℃预热2小时的钇基重稀土硅铁镁合金，随钢水流仍入浇包进行变质处理；
（2）当钢水温度降至1530℃时，在铸型中浇注成铸件；
（3）铸件经打磨和清理后，在650℃进行热处理，保温时间10小时，然后空冷或炉冷至室温即可。
实施例6
首先，准备原材料：
本实施例中，合金钢的各原材料的组成按质量百分比为：Q235废钢41%，不锈钢钢屑25%，镍基合金废料16%，锰铁2%，高碳铬铁8%，金属铝4.5%，硅铁1.2%，钨铁1.2%，钇基重稀土硅铁镁合金0.8%，硅钙合金0.3%。其中，各原材料的成分为：Q235废钢的化学组成按质量百分比为：0.22%C，0.65%Mn，Si≤0.30，S≤0.050，P≤0.045，余量为Fe。不锈钢钢屑的化学组成按质量百分比为：C≤0.07，Si≤1.0，Mn≤2.0，Cr为17.0～19.0%，Ni为11.0，P≤0.035，S≤0.03，余量为Fe。
镍基合金废料的化学组成按质量百分比为：C≤0.10%，Mn≤0.50%，Si≤0.50%，P≤0.015%，S≤0.015%，Cr23.0%，Ni60.0%，Mo10.0%，Ti≤0.40%，Al≤0.40%，Fe≤5.0%，Nb4.15%。高碳铬铁的化学组成按质量百分比为：Cr68.0%，C8.5%，Si3.5%，余量为Fe。钨铁的化学组成按质量百分比为：W85.0%，C≤0.4%，P≤0.05%，S≤0.07%，余量为Fe。硅铁的化学组成按质量百分比％为：Si80.0%,Al≤0.5%,Ca≤1.0%,P≤0.035%,S≤0.02%,C≤0.1%,余量Fe。锰铁的化学组成按质量百分比为：Mn85.0%,C≤1.5%,P≤0.2%,S≤0.03%,Si≤1.5%,余量为Fe。所述硅钙合金的化学组成按质量百分比为：Si65%,Ca≥28%,C≤0.8%,P≤0.04%,S≤0.05%,Al≤2.0%,余量为Fe；所述钇基重稀土硅铁镁合金的化学组成按质量百分比为：Y8%,Mg9%,Ca1.5%,Ba2.0%,Si44%,余量为Fe。
然后按照以上原材料配比，本实施例抗高温氧化的合金钢的制备方法按照以下步骤进行：
（1）将Q235废钢，不锈钢钢屑，镍基合金废料，高碳铬铁和钨铁混合加热熔化，钢水熔清后测温，当钢水温度达到1570℃时，加入硅铁和锰铁，当钢水温度达到1590℃时，加入质量分数硅钙合金，继续升温至1650℃时，加入金属铝，保温80秒后出炉；钢水出炉过程中，当钢水出炉1/2时，将经过230℃预热2.5小时的钇基重稀土硅铁镁合金，随钢水流仍入浇包进行变质处理；
（2）当钢水温度降至1520℃时，在铸型中浇注成铸件；
（3）铸件经打磨和清理后，在630℃进行热处理，保温时间11小时，然后空冷或炉冷至室温即可。
综上所述，本发明材料克服了HP40合金中含有较高的镍会促进炉管内壁结焦，并向炉管内部渗碳，降低炉管使用寿命的难题。本发明因锰、铝和铬的共同作用，显著改善了合金的抗渗碳性能。本发明材料具有良好的抗氧化能力，1100℃氧化120h后增重量为12.5～15.0g/m2，远低于HP40合金试样在相同条件下的氧化增重（32.7g/m2）。用本发明制造的乙烯裂解炉管，其使用寿命比HP40合金炉管延长45％以上。本发明主要原料是Q235废钢、不锈钢钢屑和镍基合金废料，不单独加入铌、钼、镍等原料，因此本发明材料价格低廉，推广应用具有良好的经济和社会效益。
Claims (2)
1.一种抗高温氧化的合金钢，其特征在于，该合金钢的各原材料的组成按质量百分比为：Q235废钢39.0～41.5％，不锈钢钢屑25.0～28.0％，镍基合金废料14.0～16.0％，锰铁2.0～2.2％，高碳铬铁8.0～8.5％，金属铝4.5～4.8％，硅铁1.0～1.2％，钨铁1.0～1.2％，钇基重稀土硅铁镁合金0.8～1.0％，硅钙合金0.30～0.45％；
所述Q235废钢的化学组成按质量百分比为：0.14～0.22％C，0.30～0.65％Mn，Si≤0.30％，S≤0.050％，P≤0.045％，余量为Fe；
所述不锈钢钢屑的化学组成按质量百分比为：C≤0.07％，Si≤1.0％，Mn≤2.0％，Cr为17.0～19.0％，Ni 8.0～11.0％，P≤0.035％，S≤0.03％，余量为Fe；
所述镍基合金废料的化学组成按质量百分比为：C≤0.10％，Mn≤0.50％，Si≤0.50％，P≤0.015％，S≤0.015％，Cr 20.0～23.0％，Ni58.0～60.0，Mo 8.0～10.0％，Ti≤0.40％，Al≤0.40％，Fe≤5.0％，Nb 3.15～4.15％；以上镍基合金废料的化学组分之和满足100％；
所述高碳铬铁的化学组成按质量百分比为：Cr 62.0～68.0％，C7.0～8.5％，Si 2.0～3.5％，余量为Fe；
所述钨铁的化学组成按质量百分比为：W 75.0～85.0％，C≤0.4％，P≤0.05％，S≤0.07％，余量为Fe；
所述硅铁的化学组成按质量百分比％为：Si 74.0-80.0％,Al≤0.5％,Ca≤1.0％,P≤0.035％,S≤0.02％,C≤0.1％,余量Fe；
所述锰铁的化学组成按质量百分比为：Mn 78.0-85.0％,C≤1.5％,P≤0.2％,S≤0.03％,Si≤1.5％,余量为Fe；
所述硅钙合金的化学组成按质量百分比为：Si 55-65％,Ca≥28％,C≤0.8％,P≤0.04％,S≤0.05％,Al≤2.0％,余量为Fe；所述钇基重稀土硅铁镁合金的化学组成按质量百分比为：Y 6-8％,Mg 8-9％,Ca 0.5-1.5％,Ba1.0-2.0％,Si 42-44％,余量为Fe。
2.一种权利要求1所述抗高温氧化的合金钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将质量分数39.0～41.5％的Q235废钢，25.0～28.0％的不锈钢钢屑，14.0～16.0％的镍基合金废料，8.0～8.5％的高碳铬铁和1.0～1.2％的钨铁混合加热熔化，钢水熔清后测温，当钢水温度达到1560～1580℃时，加入质量分数1.0～1.2％的硅铁和质量分数2.0～2.2％的锰铁，当钢水温度达到1580～1600℃时，加入质量分数0.30～0.45％的硅钙合金，继续升温至1640～1660℃时，加入质量分数4.5～4.8％的金属铝，保温70～120秒后出炉；钢水出炉过程中，当钢水出炉1/3～1/2时，将经过200℃～250℃预热2～3小时的质量分数0.8～1.0％的钇基重稀土硅铁镁合金，随钢水流入浇包进行变质处理；
(2)当钢水温度降至1510～1530℃时，在铸型中浇注成铸件；
(3)铸件经打磨和清理后，在600℃～650℃进行热处理，保温时间10～12小时，然后空冷或炉冷至室温即可。
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