CN104388823B - 一种高强度耐热合金钢 - Google Patents
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Abstract
本发明属于合金钢领域，特别涉及一种在高温下，具有高硬度且热变形量小的合金钢材料。合金钢的化学成分为，C：0.30％～0.85％，Ni：5％～12％，Si:1.0％～1.5％，Al：2.5％～4.0％，Cu:1.5～2.0％，Mg：1.2～2.5％，Ti：0.8～1.2％，Mo：0.2～0.8％，Nb：1.0～1.5％，Ce：0.1～0.2％，其余为Fe。本发明通过钢中添加元素的合理配比，在高温环境下，实现各元素在合金基体中的共同强化，适合用来制作热轧辊等耐高温部件使用。
Description
技术领域
本发明属于合金钢领域，特别涉及一种在高温下，具有高硬度且热变形量小的合金钢材料。
背景技术
钢的成分中，除铁、碳外，加入其他的合金元素，就叫合金钢，属于在普通碳素钢基础上添加适量的一种或多种合金元素而构成的铁碳合金。根据添加元素的不同，并采取适当的加工工艺，可获得高强度、高韧性、耐磨、耐腐蚀、耐低温、耐高温、无磁性等特殊性能。
一般的合金金属材料都只能在500℃～600℃下长期工作。能在高于700℃的高温下工作的金属通称耐热合金，对于耐高温的零部件用合金，需要特别注重合金在高温环境下的耐摩硬度和耐热变形性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于：提供一种在高温环境下，具有优异耐摩擦硬度和耐热变形能力的合金钢材料，适用于热轧辊等耐热部件。
本发明提供的高强度耐高温合金的化学成分为：C：0.30％～0.85％，Ni：5％～12％，Si:1.0％～1.5％，Al：2.5％～4.0％，Cu:1.5～2.0％，Mg：1.2～2.5％，Ti：0.8～1.2％，Mo：0.2～0.8％，Nb：1.0～1.5％，Ce：0.1～0.2％，其余为Fe。
作为优选：高强度耐高温合金的化学成分为：C：0.50％～0.80％，Ni：6.5％～12％，Si:1.0％～1.5％，Al：2.6％～3.8％，Cu:1.6～2.0％，Mg：1.5～2.0％，Ti：0.85～1.20％，Mo：0.4～0.75％，Nb：1.0～1.45％，Ce：0.12～0.18％，其余为Fe。
上述配方中，碳元素的加入，能够使材料的热性能，韧性得到提高，当碳的含量过高时，合金材料的脆性会增加，容易断裂；而当碳的含量过低时，对合金钢材料的强度会有负面的影响，因此，C的含量控制为0.30％～0.85％；
镍元素的引入，可以在合金材料中形成硬质化合物以增加强度，提高韧性和热性能。当加入的镍含量过少时，合金韧性、硬度、强度增加得不明显，镍含量增加太多时，虽然能够促进硬度、强度的增加，但是会给合金钢带来“脆性增加、易断裂”的负面影响，因此，在合金钢配方中，镍的含量需要格外控制。本申请中合金的镍含量，相比于现有技术中的大多数合金来说，是有所降低的，这也节约了合金的生产成本；
硅元素的加入，可以使材料的淬透性得到提高，但硅元素含量太多，淬透性提高得不明显；
铝元素的加入，可以提高合金钢材料的耐高温硬度及热性能；
镁元素成本较低，镁元素的加入，有助于提高合金钢材料的耐高温性能与强度；
铜元素的加入，能够强化合金钢基体，促进合金钢的热加工性能，但是如果铜含量过高，就会导致合金钢的韧性、塑性下降，因此铜元素的引入，也是需要严格控制的；
钛元素具有良好的耐高温氧化，腐蚀性，可使合金钢材料的淬透性、热性能得到提高，并且有利于在材料中形成硬质体，增加合金钢的硬度；
钼元素的加入，有利于促进合金钢材料的加工性能，提高材料的焊接性能；
铌元素存在于合金钢基体内，起到强化合金钢材料的作用，增加合金钢材料的韧性，不易断裂；
铈元素的引入，有利于在在高温环境下，长时间保持合金钢基体的稳定性。
本发明的有益效果在于：本发明通过钢中添加元素的合理配比，在高温环境下，实现各元素在合金基体中的共同强化，赋予合金优异的耐热强度以及耐高温硬度，减少了合金材料在高温条件应用下的热变形程度。本发明提供的合金钢材料，适合用来制作耐高温零部件。
具体实施方式
实施例中的冶炼是在25KG真空感应炉中进行，其化学成分列于表1，钢锭均采用锻造开坯，锻成试棒和热处理后再对试样分别进行高温力学性能测试，检测结果列于表2。
表1 本发明实施例1—5中合金钢的化学成(wt％)
| 炉号 | C | Ni | Si | Al | Cu | Mg | Ti | Mo | Nb | Ce | Fe |
| 1 | 0.5 | 7 | 1.4 | 3.4 | 1.6 | 1.8 | 1.0 | 0.5 | 1.3 | 0.12 | 余量 |
| 2 | 0.55 | 10.5 | 1.2 | 2.8 | 2.0 | 2.0 | 0.85 | 0.4 | 1.0 | 0.15 | 余量 |
| 3 | 0.8 | 11 | 1.5 | 3.2 | 1.8 | 1.5 | 1.05 | 0.6 | 1.45 | 0.14 | 余量 |
| 4 | 0.62 | 6.5 | 1.0 | 3.8 | 1.6 | 2.3 | 1.20 | 0.55 | 1.2 | 0.18 | 余量 |
| 5 | 0.7 | 12 | 1.2 | 2.6 | 1.8 | 1.6 | 0.9 | 0.75 | 1.15 | 0.12 | 余量 |
以下的表2中，为上述实施例1—5中的合金钢材料的高温力学性能：
700℃高温拉伸试验按GB/T 4338-2006金属材料高温拉伸试验方法进行；
持久试验按GB/T 2039-2012金属材料单轴拉伸蠕变试验方法执行；
热变形采用CCD激光位移传感器(基恩士公司生产的LK—G150H型位移传感器)进行检测：
表2
再将实施例1—5中的合金钢材料从700℃高温自然冷却至室温(25℃)，再升温至700℃，如此往复循环20次，再来检测实施例1—5中合金钢材料经过循环后的高温力学性能，如表3所示：
表3
可见本发明中的合金钢材料在高温环境下的循环使用性能良好。
Claims (2)
1.一种高强度耐热合金钢，其特征在于：所述合金钢的化学成分按质量百分数计算为，C：0.30％～0.85％，Ni：5％～12％，Si:1.0％～1.5％，Al：2.5％～4.0％，Cu:1.5～2.0％，Mg：1.2～2.5％，Ti：0.8～1.2％，Mo：0.2～0.8％，Nb：1.0～1.5％，Ce：0.1～0.2％，其余为Fe。
2.如权利要求1所述的高强度耐热合金钢，其特征在于：所述合金钢的化学成分按质量百分数计算为，C：0.50％～0.80％，Ni：6.5％～12％，Si:1.0％～1.5％，Al：2.6％～3.8％，Cu:1.6～2.0％，Mg：1.5～2.0％，Ti：0.85～1.20％，Mo：0.4～0.75％，Nb：1.0～1.45％，Ce：0.12～0.18％，其余为Fe。
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