CN105463339A - 一种高强度耐热钢新材料的合成配方 - Google Patents

一种高强度耐热钢新材料的合成配方 Download PDF

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CN105463339A CN201410431669.6A CN201410431669A CN105463339A CN 105463339 A CN105463339 A CN 105463339A CN 201410431669 A CN201410431669 A CN 201410431669A CN 105463339 A CN105463339 A CN 105463339A
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杨思剑
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Abstract

本发明提供一种高强度耐热钢新材料的合成配方，所述新型耐热钢材料由下列重量百分比的成分组成：27.0～28.0%Cr、1.50～2.50%Mn、0.20～0.35%N、0.30～0.40%C、8.00～9.00%Ni、1.30～1.70%Si、≤0.030%S、≤0.040%P、余量为Fe；本发明的高强度耐热钢新材料能广泛用于大型水泥干法生产线上，抗腐蚀性、抗拉伸性优越，增加了生产设备的运行周期，减少了生产成本，提高了经济效益。

Description

一种高强度耐热钢新材料的合成配方
技术领域
本发明涉及一种耐热钢材料，尤其涉及一种建材行业中大量应用的高强度耐热钢新材料的配方。
背景技术
随着全球工业快速发展，资源问题己严重地摆在我们面前，因此节能降耗是我国工业发展的大方向，利润最大化是企业所追求的主要方向，生产过程降低环境污染是企业应担当的社会责任。随着我国建材行业及水泥行业的迅速发展，及生产过程的配件更换，高强度耐热钢产品的市场需求量也随之大增，如悬浮预热器内筒挂片、回转窑窑头窑尾护板以及蓖冷机蓖板等，这些铸件长期与高温气体和腐蚀物料接触，即使受1200℃环境高温氧化腐蚀、又受到高温材料的冲刷磨损，使用条件非常恶劣，因此钢材产品性能直接决定着水泥热工等设备运转的稳定性。
目前，国内的水泥生产线中主要设备预热器内筒一般采用高铬镍耐热钢，如现材料(ZG40Cr25Ni20)等。由于上述耐热钢产品大都采用高镍、铬等贵金属作为主要原材料的同时还采用大量辅助材料，因此存在钢材价格成本较高，耐热耐磨性能较差使设备部件使用寿命短、稳定性差，复杂的辅助材料运用易造成环境污染，最终进一步增加了生产成本等缺点，因此开发适合水泥热工等设备抗磨耐热工况条件的高强度耐热钢新材料就显得极为迫切和重要。
申请号：200580016043.8公开了一种抗高温腐蚀不锈钢,其组分(重量百分比)为:C≤0.2%,但大于0;N≤0.1%,但大于0;O≤0.1%,但大于0;SI≤0.4%,但大于0;AL≤0.5%,但大于0;MN≤0.5%,但大于0;CR为20至25%;NI≤2.0%,但大于0;ZR+HF为0.01-0.1%;TI≤0.5%,但大于0;MO+W≤2.5%,但大于0;NB+TA≤1.25%,但大于0;V≤0.5%,但大于0,平衡量为FE以及自然存在的杂质,但杂质S的含量不超过0.010%。该不锈钢特别适用于生产固体氧化物燃料电池中的连接体件。
申请号：201110381325.5公开了一种稀土耐热钢，主要是由C，Si，Mn，Cr元素所组成，其耐热钢化学成分的重量百分比为：C0.30~0.40%，Si1.3~2%，Mn0.8~15%，Ni7~8.5%，Cr24~28%，S≤0.03%，P≤0.045，其余为W和其它少量元素。本发明生产的焦炉篦条耐高温、耐氧化、不脱皮提高了使用寿命。
申请号：01109492.3公开了一种耐热钢含有按质量%为C:0.01-0.25%、Cr:0.5-8%、V:0.05-0.5%、Si:0.7%以下、Mn:1%以下、Mo:2.5%以下、W:0.5%以下、Nb:0.2%以下、N:0.1%以下、B:0.1%以下、Ti:0.1%以下、Ta:0.2%以下、Cu:0.5%以下、Ni:0.5%以下、Co:0.5%以下、Al:0.05%以下、Ca:0.01%以下、Mg:0.01%以下、Nd:0.01%以下,其余由Fe及杂质组成,并且按元素质量%下式中的元素符号作为钢中的含量满足C-0.06×(Mo+0.5W)≥0.01、Mn+0.69×log(Mo+0.5W+0.01)≤0.60的化学组成,晶粒内析出物中平均直径为30nm以下的析出物的存在密度为1个/μm3以上。
申请号：200910168425.2公开了一种新型耐热钢,该耐热钢的主要特征是在普通耐热钢中加入少量的稀土元素以及其它一些微量元素,减少了金属镍的用量,使得耐热钢性能达到或超过同类含镍高的耐热钢,从而降低了耐热钢的生产成本。该新型耐热钢具有较高的高温强度,良好的抗氧化性能、耐腐蚀、耐磨损性能和抗蠕变性能以及抗冲击性能,该新型耐热钢的最高工作温度可以达到1200℃,广泛适用于不锈钢过熔处理炉的炉辊和各种退火炉的炉辊以及辐射管等。
申请号：201210327620.7公开了一种铁素体系耐热钢，所述耐热钢以重量百分比计由下列组分组成：C：0.18～0.22％，Si：0.15～0.25％，Mn：1.5～1.7％，Cr：15.5～16.5％，Ni：0.6～0.8％，V：0.6～0.8％，Ti：0.15～0.25％，Co：3.50～4.50％，Cu：1.30～1.50％，B：0.02～0.04％，N：0.15～0.25％，Zr：0.30～0.50%，S≤0.03，P≤0.05，余量为Fe和不可避免的杂质。
发明内容
本发明的目的是提供一种高强度耐热钢新材料，解决钢材在高温环境下使用寿命不长、抗氧化性能和抗磨性能不好的问题，以及使用辅助材料多易造成铸件过程中环境污染的问题。
为了实现上述目的，本发明提供一种高强度耐热钢新材料，其特征在于:所述高强度耐热钢新材料由下列重量百分比的成分组成:：27.0～28.0%Cr、1.50～2.50%Mn、0.20～0.35%N、0.30～0.40%C、8.00～9.00%Ni、1.30～1.70%Si、≤0.030%S、≤0.040%P、余量为Fe。
进一步优选的方案采用下列重量百分比的成分组成：27.3～28.0%Cr、1.51～2.50%Mn、0.22～0.35%N、0.34～0.40%C、8.04～9.00%Ni、1.35～1.70%Si、≤0.030%S、≤0.040%P、余量为Fe。
进一步优选的方案采用下列重量百分比的成分组成：27.5～28.0%Cr、1.55～2.50%Mn、0.26～0.35%N、0.36～0.40%C、8.70～9.00%Ni、1.30～1.70%Si、≤0.030%S、≤0.040%P、余量为Fe。
进一步优选的方案采用下列重量百分比的成分组成：27.1～28.0%Cr、1.53～2.50%Mn、0.25～0.35%N、0.30～0.40%C、8.06～9.00%Ni、1.30～1.70%Si、≤0.030%S、≤0.040%P、余量为Fe。
进一步优选的方案采用下列重量百分比的成分组成：27.34～28.0%Cr、1.50～2.54%Mn、0.20～0.35%N、0.30～0.40%C、8.70～9.00%Ni、1.30～1.70%Si、≤0.030%S、≤0.040%P、余量为Fe。
进一步优选的方案采用下列重量百分比的成分组成：27.6～28.0%Cr、1.56～2.50%Mn、0.20～0.35%N、0.36～0.40%C、8.00～9.00%Ni、1.30～1.70%Si、≤0.030%S、≤0.040%P、余量为Fe。
进一步优选的方案采用下列重量百分比的成分组成：27.0～28.0%Cr、1.50～2.50%Mn、0.20～0.35%N、0.30～0.40%C、8.00～9.00%Ni、1.30～1.70%Si、≤0.030%S、≤0.040%P、余量为Fe。
进一步优选的方案采用下列重量百分比的成分组成：27.7～28.0%Cr、1.57～2.50%Mn、0.28～0.35%N、0.30～0.40%C、8.80～9.00%Ni、1.30～1.70%Si、≤0.030%S、≤0.040%P、余量为Fe。
进一步优选的方案采用下列重量百分比的成分组成：27.0～28.0%Cr、1.50～2.50%Mn、0.20～0.35%N、0.30～0.40%C、8.00～9.00%Ni、1.30～1.70%Si、≤0.030%S、≤0.040%P、余量为Fe。
进一步优选的方案采用下列重量百分比的成分组成：27.7～28.0%Cr、1.56～2.50%Mn、0.26～0.35%N、0.30～0.40%C、8.60～9.00%Ni、1.30～1.70%Si、≤0.030%S、≤0.040%P、余量为Fe。
适量放大Mn元素含量的作用:以提高耐温性能，以及在高温下增强耐腐蚀性能。放大Cr元素含量的作用:以提高耐高温性能、持久性能和耐腐蚀性能。适量放大N元素含量的作用是:以提高持久性能、抗高温、耐腐蚀性能。通过上述元素含量的调整，a、在高温摩擦磨损对比测试结果表明:在600℃高温，3.3N或5.3N的条件下，本发明的摩擦系数和比磨损率均小于现材料ZG40Cr25Ni20的摩擦系数和比磨损率，且在载荷5.3N的条件下，本发明的比磨损率小于现材料ZG40Cr25Ni20的比磨损率更加明显，本发明和现材料的比磨损率分别为0.00015mm3Nlm‘和0.0002mm3Nlm1ob、在常温力学性能及金相组织对比观察表明:现材料ZG40Cr25Ni20的室温力学性能抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为421.7Mp,273.8Mp,8.3%略低于国标GB8492-87，而本发明的指标分别为564.8Mp,360.5Mp,
16.2%完全达到国标GB8492-87的标准值，通过光镜和扫描电镜照片可以看出本发明材料组织中共晶碳化合物的含量明显高于现材料组织中共晶碳化合物的含量，因此，本发明的显微硬度高于现材料的显微硬度，且本发明的显微缩孔数量明显多于分布在现材料中的显微缩孔。c、在高温氧化与高温腐蚀对比测试结果表明:在经过10000C,100h的高温氧化后，高温氧化性能对比本发明和现材料均遵循氧化动力学抛物线规律，其抛物线速度常数分别为本发明kpl=8.04}10-3mg2/cm4}h(0-50h),kp2=3.99}10-3mg2/cm4}h(50-100h;现材料kpl=9.88*10-3mg2/cm4}h(0-50h),kp2=4.78*10-3mg2/cm4}h(50-100h，可以看出本发明的氧抗氧化能力强于现材料，表现出较好的高温抗氧化性;高温盐腐蚀性能对比在100h,1000℃和NaCl腐蚀结束时现材料被腐蚀成大约lmm的薄片，本发明的试样厚度却明显厚于现材料，表明耐热新材料的抗高温盐腐蚀能力明显强于现材料;高温下持久性对比在9000C、应力80Mp或100Mp的条件下，现材料持久寿命分别为17分钟、5分钟，本发明分别为5小时、2小时。
本发明的有益效果是:
(1)本发明的高强度耐热钢新材料能广泛用于大型水泥干法生产线上，抗腐蚀性能优于现材料ZG40Cr25Ni20材料的耐腐蚀性能，增加了生产线的运行周期，减少了了生产成本，新型耐热钢材料的成本只占现材料ZG40Cr25Ni20成本的53.87%，提高了经济效益。
(2)极大地节约了资源，我国的镍资源溃乏，市场需求与国内缺口较大，大多数依赖进口，新型耐热钢材料的镍含量较少，启到了节能降耗，保护地球有限资源的作用。
(3在本发明材料的铸件工艺过程中有益环保，起到了经济效益和社会效益双赢的效果。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述，以下实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
实施例1:
一种高强度耐热钢新材料的合成配方，所述高强度耐热钢新材料的合成配方由下列重量百分比的成分组成:：27.0～28.0%Cr、1.50～2.50%Mn、0.20～0.35%N、0.30～0.40%C、8.00～9.00%Ni、1.30～1.70%Si、≤0.030%S、≤0.040%P、余量为Fe。
实施例2:
一种高强度耐热钢新材料的合成配方，所述高强度耐热钢新材料的合成配方由由下列重量百分比的成分组成：27.3～28.0%Cr、1.51～2.50%Mn、0.22～0.35%N、0.34～0.40%C、8.04～9.00%Ni、1.35～1.70%Si、≤0.030%S、≤0.040%P、余量为Fe。
实施例3:
一种高强度耐热钢新材料的合成配方，所述高强度耐热钢新材料的合成配方由由下列重量百分比的成分组成：27.5～28.0%Cr、1.55～2.50%Mn、0.26～0.35%N、0.36～0.40%C、8.70～9.00%Ni、1.30～1.70%Si、≤0.030%S、≤0.040%P、余量为Fe。
实施例4:
一种高强度耐热钢新材料的合成配方，所述高强度耐热钢新材料的合成配方由由下列重量百分比的成分组成：27.1～28.0%Cr、1.53～2.50%Mn、0.25～0.35%N、0.30～0.40%C、8.06～9.00%Ni、1.30～1.70%Si、≤0.030%S、≤0.040%P、余量为Fe。
实施例5:
一种高强度耐热钢新材料的合成配方，所述高强度耐热钢新材料的合成配方由由下列重量百分比的成分组成：27.34～28.0%Cr、1.50～2.54%Mn、0.20～0.35%N、0.30～0.40%C、8.70～9.00%Ni、1.30～1.70%Si、≤0.030%S、≤0.040%P、余量为Fe。
实施例6:
一种高强度耐热钢新材料的合成配方，所述高强度耐热钢新材料的合成配方由由下列重量百分比的成分组成：27.6～28.0%Cr、1.56～2.50%Mn、0.20～0.35%N、0.36～0.40%C、8.00～9.00%Ni、1.30～1.70%Si、≤0.030%S、≤0.040%P、余量为Fe。
实施例7:
一种高强度耐热钢新材料的合成配方，所述高强度耐热钢新材料的合成配方由由下列重量百分比的成分组成：27.0～28.0%Cr、1.50～2.50%Mn、0.20～0.35%N、0.30～0.40%C、8.00～9.00%Ni、1.30～1.70%Si、≤0.030%S、≤0.040%P、余量为Fe。
实施例8:
一种高强度耐热钢新材料的合成配方，所述高强度耐热钢新材料的合成配方由由下列重量百分比的成分组成：27.7～28.0%Cr、1.57～2.50%Mn、0.28～0.35%N、0.30～0.40%C、8.80～9.00%Ni、1.30～1.70%Si、≤0.030%S、≤0.040%P、余量为Fe。
实施例9:
一种高强度耐热钢新材料的合成配方，所述高强度耐热钢新材料的合成配方由由下列重量百分比的成分组成：27.0～28.0%Cr、1.50～2.50%Mn、0.20～0.35%N、0.30～0.40%C、8.00～9.00%Ni、1.30～1.70%Si、≤0.030%S、≤0.040%P、余量为Fe。
实施例10:
一种高强度耐热钢新材料的合成配方，所述高强度耐热钢新材料的合成配方由由下列重量百分比的成分组成：27.7～28.0%Cr、1.56～2.50%Mn、0.26～0.35%N、0.30～0.40%C、8.60～9.00%Ni、1.30～1.70%Si、≤0.030%S、≤0.040%P、余量为Fe。。
适量放大Mn元素含量的作用:以提高耐温性能，以及在高温下增强耐腐蚀性能。放大Cr元素含量的作用:以提高耐高温性能、持久性能和耐腐蚀性能。适量放大N元素含量的作用是:以提高持久性能、抗高温、耐腐蚀性能。通过上述元素含量的调整，a、在高温摩擦磨损对比测试结果表明:在600℃高温，3.3N或5.3N的条件下，本发明的摩擦系数和比磨损率均小于现材料ZG40Cr25Ni20的摩擦系数和比磨损率，且在载荷5.3N的条件下，本发明的比磨损率小于现材料ZG40Cr25Ni20的比磨损率更加明显，本发明和现材料的比磨损率分别为0.00015mm3Nlm‘和0.0002mm3Nlm1ob、在常温力学性能及金相组织对比观察表明:现材料ZG40Cr25Ni20的室温力学性能抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为421.7Mp,273.8Mp,8.3%略低于国标GB8492-87，而本发明的指标分别为564.8Mp,360.5Mp,
16.2%完全达到国标GB8492-87的标准值，通过光镜和扫描电镜照片可以看出本发明材料组织中共晶碳化合物的含量明显高于现材料组织中共晶碳化合物的含量，因此，本发明的显微硬度高于现材料的显微硬度，且本发明的显微缩孔数量明显多于分布在现材料中的显微缩孔。c、在高温氧化与高温腐蚀对比测试结果表明:在经过10000C,100h的高温氧化后，高温氧化性能对比本发明和现材料均遵循氧化动力学抛物线规律，其抛物线速度常数分别为本发明kpl=8.04}10-3mg2/cm4}h(0-50h),kp2=3.99}10-3mg2/cm4}h(50-100h;现材料kpl=9.88*10-3mg2/cm4}h(0-50h),kp2=4.78*10-3mg2/cm4}h(50-100h，可以看出本发明的氧抗氧化能力强于现材料，表现出较好的高温抗氧化性;高温盐腐蚀性能对比在100h,1000℃和NaCl腐蚀结束时现材料被腐蚀成大约lmm的薄片，本发明的试样厚度却明显厚于现材料，表明耐热新材料的抗高温盐腐蚀能力明显强于现材料;高温下持久性对比在9000C、应力80Mp或100Mp的条件下，现材料持久寿命分别为17分钟、5分钟，本发明分别为5小时、2小时。
本发明的有益效果是:
(1)本发明的高强度耐热钢新材料能广泛用于大型水泥干法生产线上，抗腐蚀性能优于现材料ZG40Cr25Ni20材料的耐腐蚀性能，增加了生产线的运行周期，减少了了生产成本，新型耐热钢材料的成本只占现材料ZG40Cr25Ni20成本的53.87%，提高了经济效益。
(2)极大地节约了资源，我国的镍资源溃乏，市场需求与国内缺口较大，大多数依赖进口，新型耐热钢材料的镍含量较少，启到了节能降耗，保护地球有限资源的作用。
(3在本发明材料的铸件工艺过程中有益环保，起到了经济效益和社会效益双赢的效果。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (10)

1.一种高强度耐热钢新材料的合成配方，其特征在于：
所述高强度耐热钢新材料的合成配方由下列重量百分比的成分组成:：27.0～28.0%Cr、1.50～2.50%Mn、0.20～0.35%N、0.30～0.40%C、8.00～9.00%Ni、1.30～1.70%Si、≤0.030%S、≤0.040%P、余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的高强度耐热钢新材料的合成配方，其特征在于:由下列重量百分比的成分组成：27.3～28.0%Cr、1.51～2.50%Mn、0.22～0.35%N、0.34～0.40%C、8.04～9.00%Ni、1.35～1.70%Si、≤0.030%S、≤0.040%P、余量为Fe。
3.根据权利要求1所述的高强度耐热钢新材料的合成配方，其特征在于:由下列重量百分比的成分组成：27.5～28.0%Cr、1.55～2.50%Mn、0.26～0.35%N、0.36～0.40%C、8.70～9.00%Ni、1.30～1.70%Si、≤0.030%S、≤0.040%P、余量为Fe。
4.根据权利要求1所述的高强度耐热钢新材料的合成配方，其特征在于:由下列重量百分比的成分组成：27.1～28.0%Cr、1.53～2.50%Mn、0.25～0.35%N、0.30～0.40%C、8.06～9.00%Ni、1.30～1.70%Si、≤0.030%S、≤0.040%P、余量为Fe。
5.根据权利要求1所述的高强度耐热钢新材料的合成配方，其特征在于:由下列重量百分比的成分组成：27.34～28.0%Cr、1.50～2.54%Mn、0.20～0.35%N、0.30～0.40%C、8.70～9.00%Ni、1.30～1.70%Si、≤0.030%S、≤0.040%P、余量为Fe。
6.根据权利要求1所述的高强度耐热钢新材料的合成配方，其特征在于:由下列重量百分比的成分组成：27.6～28.0%Cr、1.56～2.50%Mn、0.20～0.35%N、0.36～0.40%C、8.00～9.00%Ni、1.30～1.70%Si、≤0.030%S、≤0.040%P、余量为Fe。
7.根据权利要求1所述的高强度耐热钢新材料的合成配方，其特征在于:由下列重量百分比的成分组成：27.0～28.0%Cr、1.50～2.50%Mn、0.20～0.35%N、0.30～0.40%C、8.00～9.00%Ni、1.30～1.70%Si、≤0.030%S、≤0.040%P、余量为Fe。
8.根据权利要求1所述的高强度耐热钢新材料的合成配方，其特征在于:由下列重量百分比的成分组成：27.7～28.0%Cr、1.57～2.50%Mn、0.28～0.35%N、0.30～0.40%C、8.80～9.00%Ni、1.30～1.70%Si、≤0.030%S、≤0.040%P、余量为Fe。
9.根据权利要求1所述的高强度耐热钢新材料的合成配方，其特征在于:由下列重量百分比的成分组成：27.0～28.0%Cr、1.50～2.50%Mn、0.20～0.35%N、0.30～0.40%C、8.00～9.00%Ni、1.30～1.70%Si、≤0.030%S、≤0.040%P、余量为Fe。
10.根据权利要求1所述的高强度耐热钢新材料的合成配方，其特征在于:由下列重量百分比的成分组成：27.7～28.0%Cr、1.56～2.50%Mn、0.26～0.35%N、0.30～0.40%C、8.60～9.00%Ni、1.30～1.70%Si、≤0.030%S、≤0.040%P、余量为Fe。
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CN107400836A (zh) * 2017-01-18 2017-11-28 青海丰瑞镁业有限公司 一种金属镁钙冶炼用还原罐及其铸造工艺

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