CN103572178A - 一种耐高温钢及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种耐高温钢，其特征在于：所述的耐高温钢配方如下：各成分的质量百分比为：Cr：24.0-28.0%、Mo：2.3-3.0%、Si：2.0-3.3%、C：0.2-0.4%、Mn：1.0-2.0.%、Ni：18.0-23.0%、Nb:1.0-3.0%、Cu:0.1-3.0.%、W:2.0-3.5%、P：0.01-0.035%、S：0.2-0.4%、N:0.1-0.3%、余量为Fe，上述各成分的百分比之和为100%。所述的耐高温钢铸态硬度能达到230-360HV10，同时耐热、易切削、耐酸和耐腐蚀性能大大提高，适用在高温工作环境下，工作温度可达800-1000℃，可用作增压涡轮和其他高温零部件的制作，同时制作工艺简便，制作成本较低，易于推广和应用。
Description
技术领域
本发明涉及铸铁冶金的技术领域，具体地说是一种耐高温钢及其制作方法。
背景技术
本申请所述的耐高温钢是指在高温氧化气氛和燃气条件下能长时间工作，尤其可以用作工作温度在500℃-800℃的增压涡轮和其他高温零部件的制作。
目前市场上的球墨铸铁在制造时加入大量的废钢料和回炉铁，比如申请号为“CN201110313761.9”，名称为“一种球墨铸铁及其生产方法”的发明专利，描述了一种球墨铸铁及其生产方法，所采用的原料以重量份计：生铁45－50；废钢25－30；回炉铁20－25；焦炭颗粒1－1.5。生产过程是：将废钢全部投入到炉中，待废钢开始熔化时，加入焦炭颗粒并迅速加入生铁进行覆盖，待生铁开始熔化时，逐步加入回炉料，全部炉料熔化完全后打渣、出炉，进行孕育处理，得到球墨铸铁。上述工艺在生产铸态球墨铸铁配方传统的基本上，增加废钢的投入量，减少生铁的用量，不另在原铁水中加锰铁和硅铁，通过增碳和熔炼工艺的优化，得到铸态球墨铸铁，虽然制造成本大幅度降低,但硬度居中，只适用于于机械加工，但耐热、耐磨性差，无法适合高温工作环境。
又比如申请号为“CN201110329105.8”，名称为“一种大断面球墨铸铁”的发明专利，公开了一种大断面球墨铸铁，属于铸铁冶金技术领域，该大断面球墨铸铁的质量百分比为：C：3.5％-3.7％，Si：1.8％-1.9％，Mn：0.1％-0.2％，P：0.045％-0.05％，S：0.01％-0.015％，Re：0.018％-0.02％，Mg：0.05％-0.055％，Cu：0.5％，余量为Fe以及不可避免的微量元素。该大断面球墨铸铁虽然高韧性、铁素体量和球化率均很高，但只适合各类高强度、高冲击功机器模具的铸件，但耐热、耐磨性差，无法适合高温工作环境，无法制成涡轮增压器的配件，使用局限性较大。同时现有的铸铁加工工艺复杂，制作成本很高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改进的耐高温钢及其制作方法，它可克服现有技术中耐热、耐磨性差，无法适合高温工作环境的一些不足。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种耐高温钢，其特征在于：所述的耐高温钢配方如下：各成分的质量百分比为：Cr：24.0-28.0%、Mo：2.3-3.0%、Si：2.0-3.3%、C：0.2-0.4%、Mn：1.0-2.0.%、Ni：18.0-23.0%、Nb:1.0-3.0%、Cu:0.1-3.0.%、W:2.0-3.5%、P：0.01-0.035%、S：0.2-0.4%、N:0.1-0.3%、余量为Fe，上述各成分的百分比之和为100%。
一种耐高温钢的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括如下步骤：a、将耐高温钢的原料依次加入炉中进行融化，所述的耐高温钢的原料为铸钢HK40、硫化亚铁、纯镍、含氮铬铁、钼铁、低碳铬铁、铌铁、钨铁、低碳锰铁、电解铜和硅铁；b、待原料全部熔清后，进行第一次脱氧处理，根据炉前分析结果，调整炉内化学成分直至达到标值；c、进行第二次脱氧处理和第一次镇静除渣；d、升温后进行第二次镇静除渣，最后测温出钢。
使用时本发明的耐高温钢配方如下：Cr：24.0-28.0%、Mo：2.3-3.0%、Si：2.0-3.3%、C：0.2-0.4%、Mn：1.0-2.0.%、Ni：18.0-23.0%、Nb:1.0-3.0%、Cu:0.1-3.0.%、W:2.0-3.5%、P：0.01-0.035%、S：0.2-0.4%、N:0.1-0.3%、余量为Fe，上述各成分的百分比之和为100%。所述的耐高温钢铸态硬度能达到230-360HV10，同时耐热、易切削、耐酸和耐腐蚀性能大大提高，适用在高温工作环境下，工作温度可达800-1000℃，可用作增压涡轮和其他高温零部件的制作，同时制作工艺简便，制作成本较低，易于推广和应用。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
本发明主要包括一种耐高温钢，其特征在于：所述的耐高温钢配方如下：各成分的质量百分比为：Cr：24.0-28.0%、Mo：2.3-3.0%、Si：2.0-3.3%、C：0.2-0.4%、Mn：1.0-2.0.%、Ni：18.0-23.0%、Nb:1.0-3.0%、Cu:0.1-3.0.%、W:2.0-3.5%、P：0.01-0.035%、S：0.2-0.4%、N:0.1-0.3%、余量为Fe，上述各成分的百分比之和为100%。本申请所述的耐高温钢是指在高温氧化气氛和燃气条件下能长时间工作，尤其可以用作工作温度在550℃--800℃以下的增压涡轮和其他高温零部件的制作。
所述的耐高温钢的原料为铸钢HK40、硫化亚铁、纯镍、含氮铬铁、钼铁、低碳铬铁、铌铁、钨铁、低碳锰铁、电解铜和硅铁。所述的耐高温钢的原料为质量百分比为：60-70%的铸钢HK40、0.2-0.5%的硫化亚铁、4.9-5.3%的纯镍、1.2-1.8%的含氮铬铁、3-5%的钼铁、10-12%的低碳铬铁、1-3%的铌铁、2-3%的钨铁、1.2-1.8%的低碳锰铁、0.3-1%的电解铜和2-3.2%的硅铁，上述各成分的之和为100%。
一种耐高温钢的制备方法，其与现有技术的区别在于：所述制备方法包括如下步骤：a、将耐高温钢的原料依次加入炉中进行融化，所述的耐高温钢的原料为铸钢HK40、硫化亚铁、纯镍、含氮铬铁、钼铁、低碳铬铁、铌铁、钨铁、低碳锰铁、电解铜和硅铁；b、待原料全部熔清后，进行第一次脱氧处理，根据炉前分析结果，调整炉内化学成分直至达到标值；c、进行第二次脱氧处理和第一次镇静除渣；d、升温后进行第二次镇静除渣，最后测温出钢。a步骤中，耐高温钢的原料是质量百分比为60-70%的铸钢HK40、0.2-0.5%的硫化亚铁、4.9-5.3%的纯镍、1.2-1.8%的含氮铬铁、3-5%的钼铁、10-12%的低碳铬铁、1-3%的铌铁、2-3%的钨铁、1.2-1.8%的低碳锰铁、0.3-1%的电解铜和2-3.2%的硅铁，上述各成分的之和为100%；原料的加入时，先加入铸钢HK40，然后加入钼铁、纯镍和钨铁，等上述原料熔化90%以上后依次加入硫化亚铁、低碳铬铁、电解铜、铌铁、硅铁和低碳锰铁，原料加入时的炉内温度为1350-1400度。
在铸钢HK40、钼铁、纯镍和钨铁熔化1/3后，加入造渣材料，造渣材料覆盖钢液，所述的造渣材料加入量占钢水总量的1%-1.5%，造渣材料由生石灰与莹石2:1混合而成，待上述铸钢HK40、钼铁、纯镍和钨铁基本熔化后，加入硫化亚铁、低碳铬铁、电解铜、铌铁、硅铁和低碳锰铁。
b步骤中，待原料全部熔清后，钢液表面加入除渣剂覆盖，当炉内温度达到1550-1620度时加入脱氧剂锰铁，锰铁加入量占钢水总量的0.2%-0.8%，1-2分钟后，加入脱氧剂硅铁，硅铁的加入量占钢水总量的0.5%-1.0%，然后进行第一次脱氧，时间为1-2分钟，脱氧过程中需要用除渣剂覆盖钢液表面，脱氧后取样进行炉前分析。
c步骤中，在钢液中加入占钢水总量0.1-0.15%的脱氧剂钙硅进行第二次脱氧，脱氧过程中需要用除渣剂覆盖钢液表面，钢水升温至1640-1680度时，使钢水静止1-2分钟，除去钢液表面的浮渣；b步骤和c步骤中所述的除渣剂为高温除渣剂，除渣剂的用量占钢水总量的3.5%-5%。
d步骤中，钢液温度降至1550-1620时进行升温，将钢水升温至1640-1680度时，使钢水静止1-2分钟，然后随时除去钢液表面的浮渣，直至达到1550-1610度的出炉温度，为了防止烧损，最后加入含氮铬铁，增加钢液中氮元素的含量，然后除去钢液表面的浮渣和除渣剂，保持炉内钢液的温度，并准备出钢。其中，氮在钢中将以Fe4N的形式析出，使钢的强度、硬度上升，塑性、韧性下降，即产生时效，从而提高钢的材质性能。
实施例1
根据产品工艺出品率和钢料的化学成分，计算回炉料和钢料的配比比例（按表1进行）。（一般回炉料在50-60%，钢料在40-50%。）合金加入量视具体成分要求进行调整。注意炉料和合金料必须干燥、干净，无杂质和模壳材料等。
表1成分配比料表
首先对冷炉（炉子型号为：100Kg-175Kw）进行通电，开始通电3-4分钟内供给60%的功率，待电流冲击稳定后，逐渐将功率增至最大值。加料顺序为：先加成形钢料HK40（40%），随着炉料熔化，应不断捣动炉料下降，以防止架桥。剩余炉料在熔化过程中陆续加入，直到加完为止。并且金属液面始终要保持在熔剂层的覆盖下。不易熔化、且烧损较小的合金料，如纯镍（5.1%）、钨铁（2.8%）和钼铁（4%），可以在熔化初期加入。待钢水基本熔化完后，加入低碳铬铁（11.6%）。
炉料全部熔清后，钢液表面加入除渣剂覆盖。当温度达到1600度左右时加入Mn铁（钢水总量的0.50%-1.0%），然后加入含氮铬铁（1.5%）约1.5分钟后再加入Si铁（钢水总量的0.5%-1.0%），脱氧1.5分钟左右后渣取炉前样（脱氧过程用除渣剂覆盖）。根据炉前分析结果，调整化学成分,直至达到配料单中目标值为止。加入0.1-0.15%的钙硅进行脱氧（注意整个脱氧过程要有除渣剂覆盖）。钢水升温到1650度左右时，停止电力使钢水静止约1.5分钟，渣子上浮除去浮渣，注意整个过程要用除渣剂（Presico公司高温除渣剂，用量占钢水总量的3.5%-5.0%）覆盖。然后升温。将钢水温度升到1650度左右，停止电力使钢水静止约1.5分钟，随时除去浮渣。直到出炉温度，整个过程要用除渣剂覆盖。测量钢水温度达到要求的出钢温度后，除去浮渣和钢液表面的除渣剂，将电炉电力调整至25-30%，以保持炉内钢液的温度，准备出钢。此时的耐高温钢具有以下特点：室温下抗拉强度：σb≥600MPa；铸态硬度：HRC28-37；耐热、耐磨。具有如下物理性能密度：7.4Kg/dm3，熔点1380-1420℃，可在高温环境下长时间工作，每吨造价约为8.2万元。
案例2
为了保证汽车涡轮增压器里放气阀部件的耐高温性能，铸件金属材料由ZG40Cr24Ni24Si2Nb1（造价为9.6万元/吨）改为本发明材料，采用熔模铸造成型。具体步骤如下：
1）制模：采用事先制造好的模具，压制蜡模，经过修模、组树、蜡树清洗等工序得到带有干净的带有蜡件的蜡树。
2）制壳：在蜡树外面涂挂多层耐火材料组成的料将和莫来砂，制成具有一定强度的模壳，经高温蒸汽脱蜡，得到具有与毛坯形状相似的型腔的模壳。
3）材料配比：HK40钢（68%）、硫化亚铁（0.3%）、纯镍（5.1%）、含氮铬铁（1.5%）、钼铁（4%）、低碳铬铁（11.6%）、铌铁（2%）、钨铁（2.8%）、低碳锰铁（1.5%）、电解铜（0.5%）和硅铁（2.7%）。
4）熔炼工艺：熔炼工艺：将上述原料依次加入炉中进行融化，原料的加入时，待原料全部熔清后，钢液表面加入除渣剂覆盖，当炉内温度达到1600度左右时加入锰铁，锰铁加入量占钢水总量的0.5%-1.0%，1.5分钟后，加入硅铁，硅铁的加入量占钢水总量的0.5%-1.0%，然后进行第一次脱氧，时间为1.5分钟，脱氧过程中需要用除渣剂覆盖钢液表面，脱氧后取样进行炉前分析根据炉前分析结果，调整炉内化学成分直至达到标值。然后在钢液中加入占钢水总量0.1-0.15%的钙硅进行第二次脱氧，脱氧过程中需要用除渣剂覆盖钢液表面，钢水升温至1650度左右时，使用电力使钢水静止1.5分钟，除去钢液表面的浮渣，直至达到出炉温度（温度为1600-1610℃），然后除去钢液表面的浮渣和除渣剂，保持炉内钢液的温度，并准备出钢。
5）浇注成型：将钢水浇入模壳中，冷却后得到附带浇冒口的精密铸件，经过切割、打磨、抛丸、喷砂等后处理，得到放气阀零部件毛坯。
Claims (9)
1.一种耐高温钢，其特征在于：所述的耐高温钢配方如下：各成分的质量百分比为：Cr：24.0-28.0%、Mo：2.3-3.0%、Si：2.0-3.3%、C：0.2-0.4%、Mn：1.0-2.0.%、Ni：18.0-23.0%、Nb: 1.0-3.0%、Cu: 0.1-3.0.%、W: 2.0-3.5%、P：0.01-0.035% 、S：0.2-0.4% 、N: 0.1-0.3%、余量为Fe，上述各成分的百分比之和为100%。
2.根据权利要求1所述的一种耐高温钢，其特征在于：所述的耐高温钢的原料为铸钢HK40、硫化亚铁、纯镍、含氮铬铁、钼铁、低碳铬铁、铌铁、钨铁、低碳锰铁、电解铜和硅铁。
3.根据权利要求1所述的一种耐高温钢，其特征在于：所述的耐高温钢的原料为质量百分比为：60-70%的铸钢HK40、0.2-0.5%的硫化亚铁、4.9-5.3%的纯镍、1.2-1.8%的含氮铬铁、3-5%的钼铁、10-12%的低碳铬铁、1-3%的铌铁、2-3%的钨铁、1.2-1.8%的低碳锰铁、0.3-1%的电解铜和2-3.2%的硅铁，上述各成分的之和为100%。
4.一种耐高温钢的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括如下步骤：a、将耐高温钢的原料依次加入炉中进行融化，所述的耐高温钢的原料为铸钢HK40、硫化亚铁、纯镍、含氮铬铁、钼铁、低碳铬铁、铌铁、钨铁、低碳锰铁、电解铜和硅铁；b、待原料全部熔清后，进行第一次脱氧处理，根据炉前分析结果，调整炉内化学成分直至达到标值；c、进行第二次脱氧处理和第一次镇静除渣；d、升温后进行第二次镇静除渣，最后测温出钢。
5.根据权利要求4所述的一种耐高温钢的制备方法，其特征在于：a步骤中，耐高温钢的原料是质量百分比为60-70%的铸钢HK40、0.2-0.5%的硫化亚铁、4.9-5.3%的纯镍、1.2-1.8%的含氮铬铁、3-5%的钼铁、10-12%的低碳铬铁、1-3%的铌铁、2-3%的钨铁、1.2-1.8%的低碳锰铁、0.3-1%的电解铜和2-3.2%的硅铁，上述各成分的之和为100%；原料的加入时，先加入铸钢HK40，然后加入钼铁、纯镍和钨铁，等上述原料熔化90%以上后依次加入硫化亚铁、低碳铬铁、电解铜、铌铁、硅铁和低碳锰铁，原料加入时的炉内温度为1350-1400度。
6.根据权利要求5所述的一种耐高温钢的制备方法，其特征在于：在铸钢HK40、钼铁、纯镍和钨铁熔化1/3后，加入造渣材料，造渣材料覆盖钢液，所述的造渣材料加入量占钢水总量的1%-1.5%，造渣材料由生石灰与莹石2:1混合而成，待上述铸钢HK40、钼铁、纯镍和钨铁等上述原料熔化90%以上后，依次加入硫化亚铁、低碳铬铁、电解铜、铌铁、硅铁和低碳锰铁。
7.根据权利要求4所述的一种耐高温钢的制备方法，其特征在于：b步骤中，待原料全部熔清后，钢液表面加入除渣剂覆盖，当炉内温度达到1550-1620度时加入脱氧剂锰铁，锰铁加入量占钢水总量的0.2%-0.8%，1-2分钟后，加入脱氧剂硅铁，硅铁的加入量占钢水总量的0.5%-1.0%，然后进行第一次脱氧，时间为1-2分钟，脱氧过程中需要用除渣剂覆盖钢液表面，脱氧后取样进行炉前分析。
8.根据权利要求4所述的一种耐高温钢的制备方法，其特征在于： c步骤中，在钢液中加入占钢水总量0.1-0.15%的脱氧剂钙硅进行第二次脱氧，脱氧过程中需要用除渣剂覆盖钢液表面，钢水升温至1640-1680度时，使钢水静止1-2分钟，除去钢液表面的浮渣；b步骤和c步骤中所述的除渣剂为高温除渣剂，除渣剂的用量占钢水总量的3.5%-5%。
9.根据权利要求4所述的一种耐高温钢的制备方法，其特征在于：d步骤中，钢液温度降至1550-1620时进行升温，将钢水升温至1640-1680度时，使钢水静止1-2分钟，然后随时除去钢液表面的浮渣，直至达到1550-1610度的出炉温度，为了防止烧损，最后加入含氮铬铁，然后除去钢液表面的浮渣和除渣剂，保持炉内钢液的温度，并准备出钢。
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