CN104032198A

CN104032198A - 一种耐热炉辊用高温合金及热处理炉用耐热炉辊

Info

Publication number: CN104032198A
Application number: CN201410266186.5A
Authority: CN
Inventors: 董杰; 侯煜; 蒋乃富; 江华; 周劲松
Original assignee: CERIS (YANGZHOU) METALLURGICAL TECHNOLOGY INDUSTRY Co Ltd
Current assignee: CERIS (YANGZHOU) METALLURGICAL TECHNOLOGY INDUSTRY Co Ltd
Priority date: 2014-06-16
Filing date: 2014-06-16
Publication date: 2014-09-10
Anticipated expiration: 2034-06-16
Also published as: CN104032198B

Abstract

本发明涉及合金材料领域中一种耐热炉辊用高温合金及采用该高温合金金制成的耐热炉辊，其高温合金包含如下重量百分比成分：0.25%～0.45%，Si0.5%～2.0%，Mn0.5%～1.5%，Cr26%～29.5%，Ni36%～40%，Co11%～15%，W1%～4%，Mo1.0%～2.5%，Nb0.4%～1.4%，Ce0.02%～0.2%，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明的高温合金制成的耐热炉辊在1150～1200℃的工况下较现有技术中的耐热炉辊采用的高温合金相比具有较高的持久强度及抗氧化、抗腐蚀性能，并具备一定的抗氧化积瘤和抗粘连性能，能够延长制成的耐热炉辊的使用寿命。

Description

一种耐热炉辊用高温合金及热处理炉用耐热炉辊

技术领域

本发明涉及耐热合金材料领域，特别涉及一种用于制造耐热炉辊的耐高温合金及采用该合金制成的热处理炉用耐热炉辊。

背景技术

辊底式热处理炉主要用于钢板、钢管和线材的常化、退火、淬火、回火等热处理工艺，由于它功能多，产量高，物料两面受热，热处理质量好，同时可以完全实现机械化和自动化控制，有利于降低热处理成本，因而在冶金行业得到了广泛的应用。

炉辊是辊底式热处理炉的关键部件之一，而且炉辊在整个热处理炉中属于易耗件，需定期维护和更换。为降低冷却循环水带走的热量损耗，同时降低维护工作量，现有技术中的辊底式热处理炉多采用无水冷炉辊，为满足在1000℃以上的工作需求，其材质成分主要采用铬、镍、钨等贵金属，常用的牌号有ZG40Cr25Ni20Si2、ZG40Ni35Cr26Si2、ZNiCr28Fe17W5Si2C0.4（原ZG40Cr28Ni48W5）等，当炉温高于1100℃时，炉辊材质普遍采用后者，然而当炉温进一步提升到1150℃甚至接近1200℃时，ZNiCr28Fe17W5Si2C0.4在无水冷状态下也无法满足长时间使用的要求，容易出现粘钢、积瘤等问题。

发明内容

本发明针对现有技术中的辊底式热处理炉炉辊在长时间高温状态下使用中容易出现粘钢、积瘤等问题，提供一种耐热炉辊用高温合金，可实现在1150℃—1200℃使用温度下具有较高的耐热强度及抗氧化、抗腐蚀性能，并具备一定的抗氧化积瘤和抗粘连性能，能够延长制成的耐热炉辊的使用寿命。

本发明的目的是这样实现的，一种耐热炉辊用高温合金，该合金包括如下重量百分比的化学成分：C 0.25%～0.45%，Si 0.5%～2.0%，Mn 0.5%～1.5%，Cr 26%～29.5%， Ni 36%～40%， Co 11%～15%，W 1%～4%， Mo 1.0%～2.5%，Nb 0.4%～1.4%，Ce 0.02%～0.2 %，其余为Fe和不可避免的杂质。

本发明的合金材料为面心立方奥氏体结构，加入36～40 wt%的Ni做为基体元素，具备足够的相稳定性，可以在固溶一定合金元素的同时减少析出各种有害相的倾向，使做为动态部件的炉辊具有良好的抗热疲劳性能。

本合金含有26.5～29.5 wt%的Cr，能够结合合金中其它元素形成硬质碳化物从而提高耐磨性，同时也提高了合金的抗高温氧化性能。超出此上限值的Cr浓度会导致熔融合金流动缓慢，降低铸造性能，且导致熔融合金冷却时产生成分偏析和内部裂纹的倾向增大。

本合金含有11～15 wt%的Co，以提高合金的抗腐蚀和抗热疲劳性能，并改善合金表面接触钢坯后产生的积瘤和粘连现象。

本合金含有1～4 wt%的W和1.0～2.5 wt%的Mo，起到一定的固溶强化作用，提高合金再结晶温度和原子间结合力，阻碍扩散形变，有利于降低合金层错能，从而提高本合金的高温持久强度。

本合金含有0.4～1.4 wt%的Nb，能够形成起时效析出沉淀强化作用的γ′及γ″相，并增加γ′-γ″错配度，提高高温抗拉和屈服强度，同时结合Co元素及难熔元素W、Mo，可获得更稳定的高度合金化的γ′相，使固溶强化作用和铸造第二相骨架强化作用得到更佳配合。

本合金含有0.25～0.45 wt%的C，可配合Co、Nb等元素在铸造合金的枝晶界及晶界上形成骨架，增加晶界和枝晶间的形变阻力，可提高合金高温强度。

本合金加入了适量的Si，有助于增加合金的流动性并作为脱氧剂，起到了一定的固溶强化作用，其浓度应足够高，以便能在合金内实现这些有利的影响，但不应过高以致降低合金的韧性。本发明中Si含量控制在0.5～2.0 wt%。

本合金加入适量稀土元素Ce，在冶炼时做为纯净剂去除气体和杂质，提高合金的纯净度，能够减少杂质元素在晶界发生偏析的倾向，改善晶界组织，增加杂质的分散度，有助于提高合金的高温持久性能。

作为本发明的进一步改进，本发明的耐热炉辊用高温合金的高温合金进一步包括如下重量百分比的化学成分： C 0.32%～0.35%，Si 1.4%～1.7%， Mn 0.8%～1.1%， Cr 27%～29%， Ni 36%～38% ，Co 11%～13%， W 2.5%～3.5%，Mo 1.0%～1.5%， Nb 0.4%～0.9%，Ce 0.05%～0.1 %，其余为Fe和不可避免的杂质。

作为本发明的一种优选方案，本发明的耐热炉辊用高温合金具体包括如下重量百分比的化学成分：C 0.33%、Si 1.55%、Mn 0.85%、Cr 28%、Ni 37%、Co 12%、W 3.25%、Mo 1.25%、Nb 0.65%、Ce 0.08%，其余为Fe和不可避免的杂质。

本发明还提供一种采用上述合金材料制成的热处理炉用耐热炉辊。该炉辊，主要适用于轧钢用辊底式热处理炉，宜采用电弧炉冶炼或感应炉熔炼后离心铸造成型，较目前广泛使用的ZNiCr28Fe17W5Si2C0.4合金制成的炉辊相比，具有更好的组织稳定性和高温强度，提高了抗氧化积瘤和抗粘连性能，能够延长制成的耐热炉辊的使用寿命。

具体实施方式

下面以例体实施方式详细说明本发明。

实施例1

一种辊底式热处理炉的耐热炉辊，根据本发明设计的耐热炉辊用高温合金的化学成分，它包含如下重量百分比成分：C 0.33%，Si 1.55%，Mn 0.85%，Cr 28.03%，Ni36.98%，Co12.01%，W 3.24%，Mo 1.25%，Nb0.66%，Ce 0.08 %，其余为Fe和制造引起的杂质。将上述配比的合金材料采用碱性电弧炉不氧化法冶炼后通过离心铸造成型制得1#试件。

实施例2

一种辊底式热处理炉的耐热炉辊，根据本发明设计的耐热炉辊用高温合金的化学成分，它包含如下重量百分比成分：C 0.32%，Si 1.42%，Mn 1.08%，Cr27.11%，Ni37.99%，Co11.10%，W3.48%，Mo1.50%，Nb0.41%，Ce 0.05 %，其余为Fe和制造引起的杂质。将上述配比的合金材料采用碱性电弧炉不氧化法冶炼后通过离心铸造成型制得2#试件。

实施例3

一种辊底式热处理炉的耐热炉辊，根据本发明设计的耐热炉辊用高温合金的化学成分，它包含如下重量百分比成分：C 0.35%，Si 1.69%，Mn 0.80%，Cr28.86%，Ni36.07%，Co12.79%，W2.51%，Mo1.02%，Nb0.90%，Ce 0.09 %，其余为Fe和制造引起的杂质。将上述配比的合金材料采用碱性电弧炉不氧化法冶炼后通过离心铸造成型制得3#试件。

实施例4

一种辊底式热处理炉的耐热炉辊，根据本发明设计的耐热炉辊用高温合金的化学成分，它包含如下重量百分比成分：C 0.26%，Si0. 53%，Mn 1.50%，Cr26.07%，Ni39.98%，Co11.04%，W3.92%，Mo2.48%，Nb0.44%，Ce 0.03 %，其余为Fe和制造引起的杂质。将上述配比的合金材料采用碱性电弧炉不氧化法冶炼后通过离心铸造成型制得4#试件。

实施例5

一种辊底式热处理炉的耐热炉辊，根据本发明设计的耐热炉辊用高温合金的化学成分，它包含如下重量百分比成分：C 0.44%，Si1.98%，Mn 0.52%，Cr29.96%，Ni36.01%，Co14.99%，W1.03%，Mo1.01%，Nb1.37%，Ce 0.18 %，其余为Fe和制造引起的杂质。将上述配比的合金材料采用碱性电弧炉不氧化法冶炼后通过离心铸造成型制得5#试件。

比较例

一种采用ZNiCr28Fe17W5Si2C0.4合金制成的耐热炉辊，将ZNiCr28Fe17W5Si2C0.4合金按成分配比采用碱性电弧炉不氧化法冶炼后离心铸造成型制得与1#试件同尺寸的6#试件五件。

将上述1#～6#试件在高温持久性能试验机上进行高温拉伸试验，并分别在辊底式热处理炉中对进行实际试用的对比试验。

在高温拉伸对比试验中，按GB/T 2975-1998《钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备》在各实施例的炉辊上各取样并制备试样，然后按GB/T 4338-2006《金属材料高温拉伸试验方法》分别进行900℃和1000℃下的高温拉伸试验，具体数据见表1。

表1 高温拉伸试验

在实际试用对比试验中，将上述实施例中制得的各耐热炉辊试件与采用现有技术中的ZNiCr28Fe17W5Si2C0.4合金制造的炉辊试件分别沿炉长方向交替依次布置在辊底式热处理炉出料辊道中，并控制辊道温度为1180±2℃在辊底式热处理炉出料辊道中，每隔2个月测量使用后的磨损量，具体数据见表2。

表2实际试用结果表

从表1及表2的数据可以明显得出：采用本发明制造的耐热炉辊较目前广泛使用的ZNiCr28Fe17W5Si2C0.4合金制成的耐热炉辊相比，具有更好的高温力学性能和较长的使用寿命。

Claims

1.一种耐热炉辊用高温合金，其特征在于，该合金包括如下重量百分比的化学成分：

C 0.25%～0.45%，Si 0.5%～2.0%，Mn 0.5%～1.5%，Cr 26%～29.5%， Ni 36%～40%， Co 11%～15%，W 1%～4%， Mo 1.0%～2.5%，Nb 0.4%～1.4%，Ce 0.02%～0.2 %，其余为Fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的耐热炉辊用高温合金，其特征在于，该合金包括如下重量百分比的化学成分：

C 0.32%～0.35%，Si 1.4%～1.7%， Mn 0.8%～1.1%， Cr 27%～29%， Ni 36%～38% ，Co 11%～13%， W 2.5%～3.5%，Mo 1.0%～1.5%， Nb 0.4%～0.9%，Ce 0.05%～0.1 %，其余为Fe和不可避免的杂质。

3.根据权利要求1所述的耐热炉辊用高温合金，其特征在于，该合金包括如下重量百分比的化学成分：C 0.33%、Si 1.55%、Mn 0.85%、Cr 28%、Ni 37%、Co 12%、W 3.25%、Mo 1.25%、Nb 0.65%、Ce 0.08%，其余为Fe和不可避免的杂质。

4.一种热处理炉用耐热炉辊，其特征在于，所述炉辊采用权利要求1或2或3所述的耐热炉辊用高温合金制成。