CN105369128B - 奥氏体耐热铸钢、其制备方法及应用 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种奥氏体耐热铸钢、其制备方法及应用，奥氏体耐热铸钢化学成分(质量百分比)为：C 0.35‑0.45％，Si 1.0‑1.5％，Mn 1.0‑1.3％，Cr 22‑24％，Ni 10‑12％，Mo 0.8‑1.0％，Co 0.2‑0.3％，Cu 0.2‑0.4％，V0.1‑0.2％，Ti 0.3‑0.4％，P、S≤0.045％，余量为Fe。钢的冶炼过程，合金分两次加入，1350‑1400℃，加入铬铁、镍、锰铁，待溶清后，升温至1580‑1630℃，加入氮化钒铁、氮化铬铁、钛铁等。采用消失模浇注，浇注120min后，开箱。本发明生产的新型奥氏体耐热铸钢硬度为HV230，成本低，合金碳化物分布弥散，耐高温性好，可稳定用于棒线生产车间加热炉炉内进钢与出钢辊套。

Description

奥氏体耐热铸钢、其制备方法及应用

技术领域

本发明属于合金铸钢技术领域，特别是涉及一种奥氏体耐热铸钢、其制备方法，特别应用于加热炉炉内辊套。

背景技术

棒线材加热炉炉底主要由进钢辊道、水冷梁、出钢辊道组成，进钢辊道工作环境温度为800-950℃之间，出钢辊道工作环境温度为1000-1180℃之间。进钢与出钢辊道用辊套传统材质为ZG4Cr25Ni20Si2，该材质具有较好的抗高温氧化性，具有一定的高温强度，但有析出有害σ相倾向，且该材料不宜在600-900℃长期使用。其铸态微观组织如图1所示，主要为奥氏体基体和网状分布粗大的合金碳化物，组织均匀性较差，使用中易产生裂纹和表面脱落，其使用寿命通常为5-6个月左右。

目前针对奥氏体耐热钢研究较多。中国专利申请号201210339620.9一种奥氏体节镍耐热钢板及其制造方法，公布了一种奥氏体节镍耐热钢板及其制造方法，经过冶炼、锻造、轧制和固溶处理及表面热处理等工艺制备了一种奥氏体节镍钢板，主要用于锅炉和压力容器。中国专利授权号CN1032599C发明了一种含有稀土等的节镍耐热钢，其主要特征是加入少量稀土及其他微量元素，在650-1000℃具有较高的高温强度和较小时效脆性倾向。主要用于650-1000℃的耐热构件。该钢合金含量较少，但棒线材车间加热炉出钢辊道工作环境温度为1000-1180℃，因此该钢种不适用制作加热炉辊套。

发明内容

本发明目的在于提供一种奥氏体耐热铸钢、其制备方法及应用，其通过优化炉内辊套成分及铸造工艺，获得一种成本低、使用寿命长耐热铸钢，适用于制作加热炉炉底辊套。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本申请实施例公开了一种奥氏体耐热铸钢，按照重量百分比包括：

C 0.35-0.45％；

Si 1.0-1.5％；

Mn 1.0-1.3％；

Cr 22-24％；

Ni 10-12％；

Mo 0.8-1.0％；

Co 0.2-0.3％；

Cu 0.2-0.4％；

V 0.1-0.2％；

Ti 0.3-0.4％；

N 0.2-0.3％；

0＜P、S≤0.045％；

余量为Fe。

相应的，本申请还公开了一种奥氏体耐热铸钢的制备方法，包括：冶炼过程中，在1350～1400℃，加入铬源、镍源、锰源、硅源待熔清后，升温至1580～1630℃，加入剩余原料，最后浇铸获得奥氏体耐热铸钢。

优选的，在上述的奥氏体耐热铸钢的制备方法中，所述浇铸采用消失模浇注，浇铸温度为1550-1580℃。

本申请实施例还公开一种加热炉辊套用奥氏体耐热铸钢，按照重量百分比包括：

C 0.35-0.45％；

Si 1.0-1.5％；

Mn 1.0-1.3％；

Cr 22-24％；

Ni 10-12％；

Mo 0.8-1.0％；

Co 0.2-0.3％；

Cu 0.2-0.4％；

V 0.1-0.2％；

Ti 0.3-0.4％；

N 0.2-0.3％；

0＜P、S≤0.045％；

余量为Fe。

相应的，本申请还公开一种加热炉辊套用奥氏体耐热铸钢的制备方法，包括：冶炼过程中，在1350～1400℃，加入铬源、镍源、锰源、硅源待熔清后，升温至1580～1630℃，加入剩余原料，最后浇铸获得奥氏体耐热铸钢。

优选的，在上述的加热炉辊套用奥氏体耐热铸钢的制备方法中，所述浇铸采用消失模浇注，浇铸温度为1550-1580℃。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明通过成分优化和工艺改进，降低棒线材车间加热炉炉内辊Ni含量，试制出含Ti低镍奥氏体炉内辊套用耐热钢，其基体组织为奥氏体基体，碳化物在基体上弥散分布，组织分布均匀并且可以省略后续热处理工艺，该耐热铸钢耐高温、耐腐蚀，成本低，可广泛用于制作棒线材车间加热炉进钢和出钢辊套。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1所示为传统技术中ZG4Cr25Ni20Si2铸态金相组织；

图2所示为本发明具体实施例1中奥氏体耐热钢200倍金相组织；

图3所示为本发明具体实施例1中奥氏体耐热钢500倍金相组织。

具体实施方式

本申请实施例公开了一种奥氏体耐热铸钢，按照重量百分比包括：

C 0.35-0.45％；

Si 1.0-1.5％；

Mn 1.0-1.3％；

Cr 22-24％；

Ni 10-12％；

Mo 0.8-1.0％；

Co 0.2-0.3％；

Cu 0.2-0.4％；

V 0.1-0.2％；

Ti 0.3-0.4％；

N 0.2-0.3％；

0＜P、S≤0.045％；

余量为Fe。

在该技术方案中，C是稳定奥氏体元素，碳含量增加，奥氏体区扩大。其次碳与强碳化物形成元素Ti、V、W等形成高温稳定的点块状碳化物，显著提高材料在高温下耐磨性。另一方面，碳含量过高耐热钢的抗蠕变性能产生不利影响，综合考虑碳含量为0.35-0.45％。Cr是主要强化元素，Cr可显著提高钢的抗氧化性，Cr含量为22-24％。Ni在耐热钢中起促进和稳定奥氏体的作用，提高高温强度和抗蠕变能力。但Ni是稀贵金属，成本较高，综合考虑Ni含量为10-12％。Si高温下形成的钝化氧化膜可提高钢的抗氧化性能，但Si降低钢的导热系数，减弱钢的抗热冲击性。因此Si含量为1.0-1.5％。Mn是扩展γ相和稳定奥氏体的元素，高温下(大于1000℃)，Mn对抗氧化性有不利影响，因此控制Mn含量为1.0-1.3％。Co、Mo为提高热强性元素。N是扩人γ相区，能稳定奥氏体。V、Ti是强碳化物形成元素，与C(或N) 配合形成高熔点、高硬度且弥散分布的碳化物(或氮化物)，可显著提高高温强度和高温耐磨性。

本实施例还公开了上述奥氏体耐热铸钢的制备方法，包括：

冶炼，配料后，加入中频感应炉中熔炼，合金分两次加入，1350-1400℃，加入铬铁、镍、锰铁、硅铁，待熔清后，升温至1590-1630℃，快速加入氮化钒铁、氮化铬铁、钛铁等，然后出钢。

浇注，浇注温度1550-1580℃左右，辊套壁厚50-60mm，采用消失模浇注，浇注2h后，开箱。消失模浇注在合金碳化物析出温度范围较快冷速，与合金化设计相配合，可促进合金碳化物弥散析出，抑制一次网状合金碳化物析出。

本案无须对现有设备进行改进，通过合理优化钢的组分，控制冶炼和浇注工艺，不仅大大降低Ni元素含量，还获得合金碳化物弥散分布的奥氏体基体耐热铸钢。

本发明通过下列实施例作进一步说明：根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料比、工艺条件及其结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。

实施例1

奥氏体耐热铸钢由以下步骤制备得到：

奥氏体耐热铸钢成分，按重量百分数计为：C 0.40％，Si 1.2％，Mn 1.2％，Cr23％，Ni 12％，Mo 1.0％，Co 0.25％，Cu 0.36％，V 0.15％，Ti 0.35％，N 0.3％，P0.01％，S 0.02％，余量为Fe。

冶炼，配料后，加入中频感应炉中熔炼，合金分两次加入，1360℃，加入铬铁、镍、锰铁，硅铁待熔清后，升温至1600℃，迅速加入氮化钒铁、氮化铬铁、钛铁等，然后出钢。

浇注，浇注温度1550℃左右，辊套壁厚55mm，采用消失模浇注，浇注120min后，开箱，冷却至常温后清理加工。

所获得铸钢200倍和500倍金相组织分别参图2和图3所示，所获得奥氏体耐热铸钢硬度约为230HV，其基体金相组织为奥氏体基体和弥散分布的碳化物，组织均匀，用于棒线材车间加热炉，使用寿命2年，原ZG4Cr25Ni20Si2 使用寿命仅0.5年。

实施例2

奥氏体耐热铸钢由以下步骤制备得到：

奥氏体耐热铸钢成分，按重量百分数计为：C 0.35％，Si 1.4％，Mn 1.3％，Cr24％，Ni 12％，Mo 1.0％，Co 0.3％，Cu 0.2％，V 0.12％，Ti 0.32％，N 0.2％，P 0.01％，S0.02％，余量为Fe。

冶炼，配料后，加入中频感应炉中熔炼，合金分两次加入，1400℃左右，加入铬铁、镍、锰铁，硅铁待熔清后，升温至1600℃左右，迅速加入氮化钒铁、氮化铬铁、钛铁等，然后出钢。

浇注，浇注温度1550℃左右，辊套壁厚约55mm，采用消失模浇注，浇注120min后，开箱，冷却至常温后清理加工。

实施例3

奥氏体耐热铸钢由以下步骤制备得到：

奥氏体耐热铸钢成分，按重量百分数计为：C 0.35％，Si 1.2％，Mn 1.0％，Cr22％，Ni 10％，Mo 0.9％，Co 0.2％，Cu 0.4％，V 0.1％，Ti 0.3％，N 0.2％，P 0.01％，S0.02％，余量为Fe。

冶炼，配料后，加入中频感应炉中熔炼，合金分两次加入，1400℃左右，加入铬铁、镍、锰铁，硅铁待熔清后，升温至1600℃左右，迅速加入氮化钒铁、氮化铬铁、钛铁等，然后出钢。

浇注，浇注温度1550℃左右，辊套壁厚约55mm，采用消失模浇注，浇注120min后，开箱，冷却至常温后清理加工。

实施例4

奥氏体耐热铸钢由以下步骤制备得到：

奥氏体耐热铸钢成分，按重量百分数计为：C 0.45％，Si 1.0％，Mn 1.3％，Cr23％，Ni 11％，Mo 0.8％，Co 0.25％，Cu 0.2％，V 0.2％，Ti 0.4％，N 0.27％，P 0.01％，S0.02％，余量为Fe。

冶炼，配料后，加入中频感应炉中熔炼，合金分两次加入，1400℃左右，加入铬铁、镍、锰铁，硅铁待熔清后，升温至1600℃左右，迅速加入氮化钒铁、氮化铬铁、钛铁等，然后出钢。

浇注，浇注温度1550℃左右，辊套壁厚约55mm，采用消失模浇注，浇注120min后，开箱，冷却至常温后清理加工。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

Claims (4)

1.一种奥氏体耐热铸钢的制备方法，其特征在于，所述奥氏体耐热铸钢按照重量百分比包括：

C 0.35-0.45％；

Si 1.0-1.5％；

Mn 1.0-1.3％；

Cr 22-24％；

10％≤Ni＜11％；

Mo 0.8-1.0％；

Co 0.2-0.3％；

Cu 0.2-0.4％；

V 0.1-0.2％；

Ti 0.3-0.4％；

N 0.2-0.3％；

0＜P、S≤0.045％；

余量为Fe，

其制备方法包括：冶炼过程中，在1350～1400℃，加入铬源、镍源、锰源、硅源待熔清后，升温至1580～1630℃，加入剩余原料，最后采用消失模浇铸获得奥氏体耐热铸钢。

2.根据权利要求1所述的奥氏体耐热铸钢的制备方法，其特征在于，所述浇铸温度为1550-1580℃。

3.一种加热炉辊套用奥氏体耐热铸钢的制备方法，其特征在于，所述加热炉辊套用奥氏体耐热铸钢按照重量百分比包括：

C 0.35-0.45％；

Si 1.0-1.5％；

Mn 1.0-1.3％；

Cr 22-24％；

10％≤Ni＜11％；

Mo 0.8-1.0％；

Co 0.2-0.3％；

Cu 0.2-0.4％；

V 0.1-0.2％；

Ti 0.3-0.4％；

N 0.2-0.3％；

0＜P、S≤0.045％；

余量为Fe，

其制备方法包括：冶炼过程中，在1350～1400℃，加入铬源、镍源、锰源、硅源待熔清后，升温至1580～1630℃，加入剩余原料，最后采用消失模浇铸获得奥氏体耐热铸钢。

4.根据权利要求3所述的加热炉辊套用奥氏体耐热铸钢的制备方法，其特征在于，所述浇铸温度为1550-1580℃。