CN103469083A - 耐热铸钢及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种熄焦车用耐热铸钢,属于耐热钢材料技术领域。本发明解决的技术问题是提供了一种耐热铸钢。本发明的耐热铸钢,由以下重量百分比的成分组成:C0.15~0.25%、Si0.3~0.8%、Mn0.3~0.8%、Cr0.5~3.0%、V0.15~0.40%、Ti0.02~0.05%,其余为Fe及不可避免的杂质S、P。本发明的铸钢在保证韧性的同时具有较好的耐磨性能,能够满足熄焦车的使用要求,同时,本发明的铸钢生产工艺简单,Cr含量低,且没有金属Ni,其成本大幅度降低。将本发明的耐热铸钢制作成钢板用于熄焦车上,其使用寿命可达3.5个月以上,过焦量达到20万吨以上。
Description
技术领域
本发明涉及一种熄焦车用耐热铸钢,属于耐热钢材料技术领域。
背景技术
熄焦车是焦炉的配套设备,一般运行于焦炉焦侧下面的轨道上,用来承接由导焦车导出的1000摄氏度左右的焦碳。熄焦车板工作条件极为恶劣,承受高温氧化、腐蚀、急冷急热以及剧烈冲刷磨损,常常使衬板表面形成裂纹,并迅速扩大,直至断裂失效。
目前焦化厂的熄焦方式主要分为湿法熄焦和干法熄焦两种。湿法熄焦车板一般采用耐热铸铁和球墨铸铁材质,而干熄焦罐所用衬板多采用GB/T8492-87中的耐热铸钢ZG35Cr24Ni7SiN。
耐热铸铁是属于行业设计标准推荐用的材质,它有一定耐高温性能和耐磨性且成本较低。小型熄焦车使用耐热铸铁板(如RTSi5),使用寿命可达2~3个月,过焦量10万吨左右,能够满足使用需要,失效形式为厚度方向磨损约1/2~2/3后出现断裂;但如出焦量大(超过2吨),由于焦炭从焦炉中落下的冲击力较大,且焦炭的重量大,熄焦车板工作条件更为恶劣,采用普通耐热铸铁板一般使用寿命仅一周左右,过焦量约2万吨。
球墨铸铁优点在于抗高温性能好,耐磨性好,耐冷热疲劳性也不错,大型熄焦车一般采用耐热球墨铸铁材质(如RQTSi4等),使用寿命能超过2个月,过焦量20万吨以上,其失效形式为冷热疲劳裂纹扩展成贯穿裂纹。但球墨铸铁有不同的基本组织和球化率,性能也因此而差别很大,所以实际生产过程控制较复杂,成本较高。
耐热铸钢ZG35Cr24Ni7SiN,其化学成分为:C0.3-0.4%,Mn0.8-1.5%,Si1.3-2%,Cr23-25.5%,Ni7-8.5%,N0.2-0.8%。该铸钢具有抗氧化性好、强度高、韧性好,耐磨性、耐热性、耐蚀性及铸造性能好等优点,但在使用过程中容易出现裂纹、熔化甚至出现断裂等现象,其使用寿命2个月左右,过焦量约20万吨,失效形式为高温焦炭冲击磨损下,衬板出现较严重的变形和贯穿性裂纹。此外,ZG35Cr24Ni7SiN由于含有较高的镍和铬,成本较高。
针对上述情况,为了保证焦化厂的生产率,研究一种使用寿命长、成本低、生产过程易于控制的耐热钢材料是十分必要的。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种耐热铸钢。
本发明的耐热铸钢,由以下重量百分比的成分组成:C0.15~0.25%、Si0.3~0.8%、Mn0.3~0.8%、Cr0.5~3.0%、V0.15~0.40%、Ti0.02~0.05%,其余为Fe及不可避免的杂质S、P。
优选的,由以下重量百分比的成分组成:C0.16~0.24%、Si0.35~0.75%、Mn0.35~0.75%、Cr0.52~2.97%、V0.16~0.39%、Ti0.022~0.048%,其余为Fe及不可避免的杂质S、P。
更优选的,由以下重量百分比的成分组成:C0.20%、Si0.55%、Mn0.55%、Cr1.75%、V0.30%、Ti0.035%,其余为Fe及不可避免的杂质S、P。
其中,所述S≤0.05%、P≤0.045%。
本发明的耐热铸钢,可以采用消失模铸造进行生产。将泡沫按2%缩尺比例制作出铸钢板模子,模子上涂料并烘干后即可使用。熔炼采用中频感应炉,根据材质要求计算配料,在普通铸钢基础上加入铬铁、硅铁、锰铁,出钢前5分钟加入钒铁和钛铁,即得本发明的耐热铸钢。
本发明的耐热铸钢,在现有普通铸钢成分基础上加入铬、钒、钛元素,在增加少量成本的情况下,改善钢的机械性能,且生产工艺过程易于控制,满足焦化生产的需要。
其中,Cr是耐磨耐热材料的基本元素之一,属于缩小γ相区的合金元素,它与碳形成多种碳化物M23C6,M7C3,对钢的性能,尤其是钢的热强性有显著影响。Cr在一定含量范围内,还能提高钢的持久强度和蠕变极限。另外,Cr的加入还能提高钢的抗氧化性和耐蚀性。在高温工作环境下,要保证钢的耐磨性和一定抗氧化性能,必须具有一定的Cr含量。同时,过高的Cr含量会促进析出相聚集和粗化,同时热稳定性下降并形成δ-铁素体,从而导致热强性的降低。综合考虑,取Cr含量为0.5~3.0%。
加入V、Ti能在不降低塑性韧性的情况下,提高钢的强度和硬度,特别是提高热强性。V、Ti都是强碳化物形成元素,并由于它们的碳化物弥散的小颗粒能对奥氏体晶界起固定作用,阻碍奥氏体晶界的迁移,亦即阻止了奥氏体晶粒长大,因此还可起到细化晶粒、提高晶粒的粗化温度的作用;V和Ti有较强的沉淀强化能力,它们所形成的碳化物硬度高,耐磨性好;V和Ti共同作用比单一元素的强化效果好。但V、Ti含量过高会降低铸钢韧性,增加成本。综合考虑,取V含量为0.15~0.40%,Ti含量为0.02~0.05%。
本发明还提供本发明的耐热铸钢在熄焦车中的应用。
本发明生产出的铸钢在保证韧性的同时具有较好的耐磨性能,能够满足熄焦车的使用要求,同时,本发明的铸钢材料生产工艺简单,Cr含量低,且没有金属Ni,其成本大幅度降低。将本发明的耐热铸钢制作成钢板用于熄焦车上,其使用寿命可达3.5个月以上,过焦量达到20万吨以上。
具体实施方式
本发明的耐热铸钢,由以下重量百分比的成分组成:C0.15~0.25%、Si0.3~0.8%、Mn0.3~0.8%、Cr0.5~3.0%、V0.15~0.40%、Ti0.02~0.05%,其余为Fe及不可避免的杂质S、P。
优选的,由以下重量百分比的成分组成:C0.16~0.24%、Si0.35~0.75%、Mn0.35~0.75%、Cr0.52~2.97%、V0.16~0.39%、Ti0.022~0.048%,其余为Fe及不可避免的杂质S、P。
更优选的,由以下重量百分比的成分组成:C0.20%、Si0.55%、Mn0.55%、Cr1.75%、V0.30%、Ti0.035%,其余为Fe及不可避免的杂质S、P。
其中,所述S≤0.05%、P≤0.045%。
本发明的耐热铸钢,可以采用消失模铸造进行生产。将泡沫按2%缩尺比例制作出铸钢板模子,模子上涂料并烘干后即可使用。熔炼采用中频感应炉,根据材质要求计算配料,在普通铸钢基础上加入铬铁、硅铁、锰铁,出钢前5分钟加入钒铁和钛铁,即得本发明的耐热铸钢。
本发明的耐热铸钢,在现有普通铸钢成分基础上加入铬、钒、钛元素,在增加少量成本的情况下,改善钢的机械性能,且生产工艺过程易于控制,满足焦化生产的需要。
其中,Cr是耐磨耐热材料的基本元素之一,属于缩小γ相区的合金元素,它与碳形成多种碳化物M23C6,M7C3,对钢的性能,尤其是钢的热强性有显著影响。Cr在一定含量范围内,还能提高钢的持久强度和蠕变极限。另外,Cr的加入还能提高钢的抗氧化性和耐蚀性。在高温工作环境下,要保证钢的耐磨性和一定抗氧化性能,必须具有一定的Cr含量。同时,过高的Cr含量会促进析出相聚集和粗化,同时热稳定性下降并形成δ-铁素体,从而导致热强性的降低。综合考虑,取Cr含量为0.5~3.0%。
加入V、Ti能在不降低塑性韧性的情况下,提高钢的强度和硬度,特别是提高热强性。V、Ti都是强碳化物形成元素,并由于它们的碳化物弥散的小颗粒能对奥氏体晶界起固定作用,阻碍奥氏体晶界的迁移,亦即阻止了奥氏体晶粒长大,因此还可起到细化晶粒、提高晶粒的粗化温度的作用;V和Ti有较强的沉淀强化能力,它们所形成的碳化物硬度高,耐磨性好;V和Ti共同作用比单一元素的强化效果好。但V、Ti含量过高会降低铸钢韧性,增加成本。综合考虑,取V含量为0.15~0.40%,Ti含量为0.02~0.05%。
本发明还提供本发明的耐热铸钢在熄焦车中的应用。
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述,并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
根据熄焦车图纸铸造熄焦车板,控制其成分,生产出的耐热铸钢板成分为,C0.16%、Si0.35%、Mn0.35%、S≤0.05%、P≤0.045%、Cr0.52%、V0.16%、Ti0.022%,其余为Fe。将该耐热铸钢板用于湿法熄焦车上,使用寿命达到3个月,过焦量达到20万吨以上,钢板边缘有裂纹出现,但未出现贯穿性裂纹,熄焦车衬板有明显磨损减薄,未出现磨穿情况,能满足生产需要。
实施例2
根据熄焦车图纸铸造熄焦车板,控制其成分,生产出的耐热铸钢板成分为,C0.24%、Si0.75%、Mn0.75%、S≤0.05%、P≤0.045%、Cr2.97%、V0.39%、Ti0.048%,其余为Fe。将该耐热铸钢板用于湿法熄焦车上,使用寿命达到3个月以上,过焦量达到20万吨以上,钢板边缘有裂纹出现,但未出现贯穿性裂纹和断裂情况,能满足生产需要。
实施例3
根据熄焦车图纸铸造熄焦车板,控制其成分,生产出的耐热铸钢板成分为,C0.20%、Si0.55%、Mn0.55%、S≤0.05%、P≤0.045%、Cr1.75%、V0.30%、Ti0.035%,其余为Fe。将该耐热铸钢板用于干法熄焦车上,使用寿命达到3.5个月以上,过焦量达到25万吨以上,钢板有一定变形,边缘有裂纹出现,但未出现断裂以及磨穿情况,能满足生产需要。
对比例1
根据实施例3的熄焦车图纸铸造熄焦车板,其材料采用现有的耐热铸钢ZG35Cr24Ni7SiN。将该耐热铸钢板用于干法熄焦车上,使用寿命为2个月,过焦量约20万吨,失效形式为高温焦炭冲击磨损下,衬板出现较严重的变形和贯穿性裂纹。
从实施例3和对比例1中可以清楚的看出,在同等条件下,使用本发明的耐热铸钢板制成的熄焦车衬板,其使用寿命比现有的ZG35Cr24Ni7SiN过焦量多5万吨以上,并且,本发明的耐热铸钢Cr含量低,且没有金属Ni,其成本大幅度降低。
Claims (5)
1.耐热铸钢,其特征在于,由以下重量百分比的成分组成:C0.15~0.25%、Si0.3~0.8%、Mn0.3~0.8%、Cr0.5~3.0%、V0.15~0.40%、Ti0.02~0.05%,其余为Fe及不可避免的杂质S、P。
2.根据权利要求1所述的耐热铸钢,其特征在于,由以下重量百分比的成分组成:C0.16~0.24%、Si0.35~0.75%、Mn0.35~0.75%、Cr0.52~2.97%、V0.16~0.39%、Ti0.022~0.048%,其余为Fe及不可避免的杂质S、P。
3.根据权利要求2所述的耐热铸钢,其特征在于,由以下重量百分比的成分组成:C0.20%、Si0.55%、Mn0.55%、Cr1.75%、V0.30%、Ti0.035%,其余为Fe及不可避免的杂质S、P。
4.根据权利要求1-3任一项所述的耐热铸钢,其特征在于:所述S≤0.05%,P≤0.045%。
5.权利要求1-4中任一项所述的耐热铸钢在熄焦车中的应用。
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