CN105648345A - 一种焚烧炉炉排用高强韧高温耐磨耐蚀铸钢及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种焚烧炉炉排用高强韧高温耐磨耐蚀铸钢及其制备方法，其化学成分的重量百分含量为：C：0.18％～0.42％；Si：0.8％～2.0％；Mn:0.5％～1.2％；Cr:15％～25％；P≤0.015％,S≤0.01％；Al:1.5％～3.5％；稀土RE：0.005％～0.02％；其中，当C<0.25％且Cr<20％时，成分中还包含Nb:0.05％～0.25％和Ti：0.05％～0.25％；通过选料、冶炼、精炼，脱氧、变质细化和浇注等步骤制备而成。该铸钢具有良好的铸造成型性能和机加性能，并兼具高强度、良好塑韧性、优异高温耐磨耐蚀性能、生产成本低、使用寿命长，特别适合于我国城市垃圾焚烧炉的大型机械往复炉排用材。

Description

一种焚烧炉炉排用高强韧高温耐磨耐蚀铸钢及其制备方法

技术领域

本发明属于耐磨材料技术领域，尤其涉及一种用于垃圾焚烧炉中炉排系统的高温耐磨耐蚀铸钢及其制备方法。

背景技术

炉排片是垃圾焚烧炉推送垃圾并使之充分燃烧的重要部件，其服役条件恶劣，长期处于重载、和高温腐蚀与氧化气氛下工作，通常在运行一段时间后，炉排部件会出现一定程度的表面腐蚀氧化剂严重的磨损，并伴随卡涩、翘曲甚至断裂等现象的发生，直接导致炉排的运行不顺畅，影响焚烧炉的运转，造成停炉检修，影响企业的效益。提高焚烧炉炉排的服役寿命，延长焚烧锅炉运行周期、降低检修压力、提高垃圾处理能力是一个重要研究内容。通常，为保证炉排片的使用寿命，炉排片应选用在高温下耐磨、耐热及耐腐蚀的合材料。

德国、丹麦和日本等发达国家的城市生活垃圾焚烧技术发展的较早，因此炉排材质的研究也较多。德国的NOELL公司进口的炉排炉的炉排片为耐热双相铸钢。Nicrofer45TM-合金45TM是德国蒂森克虏伯VDM有限公司专为城市垃圾焚烧的高温腐蚀环境开发的高性能镍基合金材料，适用于其燃烧温度在1000℃以下的垃圾焚烧炉的炉排。Nicrofer45TM-合金45TM为高铬镍奥氏体不锈铸钢，其成分为Cr26％～29％、Ni47％、C0.05％～0.12、Mn1.0％、Si2.5～3.0％、Cu0.3％、Al0.2％、RE0.05％～0.15％、P0.015％、S0.01％，余量为Fe。丹麦巴威-伟伦公司炉排及日本三菱重工株式会社(三菱－马丁逆推炉排)等炉排生产商也均采用铬镍系耐热材质。其使用性能高、韧性好，但是主要的一个缺点就是价格十分昂贵，增加了垃圾焚烧炉的生产成本。

考虑到现状，我国制造的焚烧炉用炉排片常用Cr系耐热材质，如3Cr18Mn12Si2N、2Cr20Mn9Ni等。这些材料经热处理过后抗拉强度可达490MPa，工艺简单易行，具有一定的优点。但这些材料高温复杂环境的耐蚀和耐氧化性能相对较差。同时，铸钢具有不易成型、较大缩松，给合金力学性能、高温性能、耐蚀性能等带来严重的不利影响。Si系耐热铸铁如RTSi5、RQTSi4、RQTSi5、RQT2Si4Mo等均属于中硅球墨铸铁，由于其铸造工艺性好，抗氧化性能优越，价格相对也较低，耐热温度800℃左右，因此被广泛用作炉排材料。如中硅球墨铸铁RQTSi5(耐热温度为900℃)，虽然具有良好的抗氧化、抗生长性能，生产工艺及设备简单易行，成本低等优点，但其无论在常温还是高温下强度都很低，脆裂倾向大，不符合大型机械往复炉排对其高低温机械强韧性的要求。铝系耐热铸铁(耐热温度为1000℃左右)，如RQTAl5-Si5、RQTAl5-Si5-Mo0.2和RQTAl22等虽然具有优良的抗氧化生长能力，但生产工艺较为复杂，生产成本高。山东工业大学对此种Cr-Al耐热铸铁材料进行了研究，其成分为：Cr4％～5％、Al5％～7％，高温性能好，可满足1000℃高温氧化气氛的使用要求，其抗生长、抗氧化性能均优于中硅球铁，但高铝系铸铁的脆性较大，使用寿命不稳定，生产操作过程的控制较为严格，这会给生产过程的工艺设计带来不便，增加了生产的成本。

我国的城市垃圾具有高水分、低热值，分类回收不完善，垃圾种类复杂，尤其固体废弃物比例高。我国垃圾焚烧炉大多采用机械往复炉排焚烧处理技术，垃圾焚烧工况下的炉排运行需要同时满足耐高温、抗氧化性、耐磨损和耐腐蚀。炉排属于易损件，需要定期更换，如果更换频次较高，势必影响企业的效益。炉排片在高温氧化及承受较大载荷下连续运行，服役条件相对苛刻，对材质要求高温、抗氧化、耐蚀、低成本、长寿命等。目前，用于炉排片的材质有灰铸铁、铝系耐热铸铁、硅系耐热铸铁和铬系耐热铸铁。普通耐热铸铁虽然工艺简单，价格较低，但其耐热温度低、易烧损，耐热性和耐蚀耐氧化性能都相对较差，不能完全适应复杂环境下大型机械往复炉排的使用要求。因此，亟待研制一种兼顾优良耐热、耐磨、耐蚀性能，综合性能优越，且适应我国城市大型垃圾焚烧炉用的炉排材质，以降低垃圾焚烧企业的生产成本，进而满足市场需求，具有重要的意义。

公开号为CN104846283A的专利公开了一种垃圾焚烧炉炉排片的合金成分，公开的成分显示碳和氮含量超过1.0wt.％和0.23wt％，尽管Cr控制在了15～18wt.％相对较低的水平，但是为了材料中加入了高成本Mo元素和Ni元素。此外，由于高C和N含量，制备的炉排韧性较差，综合性能仍然不理想，尤其是炉排长时动态的服役条件。

公开号为CN104532152A的发明公开了一种炉排及其制法，其主要化学元素构成为C1.6～2.0％，Si1.5～2.0％，Mn0.8～1.05,Cr28～30％，Ni1.5～3.0％，Mo1.0～1.5此外还加入了一定量的稀土Re、Cu、V、Ti和B，该发明通过高碳高铬及镍钼合金化，确保了炉排的高温抗氧化和较好的耐磨性能，但是极大地增加了炉排的制造成本，此外较高的合金含量也会增加其铸造及加工难度。

通常情况下，增加材料的硬度和强度会提高材料的耐磨性能，但是对于一些脆性倾向大的材料而言，材料在磨损的中后期反而会有加速的趋势。最好的耐磨材料，应在具有相对高的适中强度下同时具有一定塑韧性。需要提及和注意的是，具有过高硬度的炉排，还会导致后续进一步加工的困难，增加成本，而目前大多数的炉排材料的现有技术中都在追求高的硬度，而很少关注炉排本身韧塑性的指标。此外，除了考虑强度和一定韧性，在高温服役及高温腐蚀氧化环境下，还应重点考虑垃圾焚烧高温环境下的材料的耐蚀和耐氧化性能。

综上，目前炉排存在的几个问题主要是：高硬度和高强度情况下，韧塑性能差，材料脆脆后者脆裂倾向大；焚烧炉排机械往复式运动，其高温磨损和高温复杂环境下的腐蚀和氧化是其主要的失效形式；炉排更换频次高，并且材料中高铬、高镍及高钼合金元素的成分设计使得产品的相对成本较高。因此通对炉排材料进行优化和改进，开发性对低成本，长寿命的新型高温耐磨耐蚀炉排材料具有重要意义。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种焚烧炉炉排用高温耐磨耐蚀铸钢及其制备工艺。所制备的材料在高温条件下仍然保持优异的高温强度和相对优良的韧性，并兼具高温耐磨、耐蚀、耐氧化性、制备工艺简单、相对成本低和加工性能良好的特点。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

本发明的焚烧炉炉排用高强韧高温耐磨耐蚀铸钢，其化学成分的重量百分含量为：C：0.18％～0.42％；Si：0.8％～2.0％；Mn:0.5％～1.2％；Cr:15％～25％；P≤0.015％,S≤0.01％；Al:1.5％～3.5％；稀土RE：0.005％～0.02％，其余为Fe以及其它不可避免的杂质；其中，当C<0.25％且Cr<20％时，成分中还包含Nb:0.05％～0.25％和Ti：0.05％～0.25％，所述铸钢硬度大于220HB，冲击韧性不低于8J/cm²；

上述的垃圾焚烧炉炉排用高温耐磨耐蚀铸钢，体系优选成分的质量百分比为：C：0.2％～0.35％；Si：1.2％～1.8％；Mn:0.8％～1.0％；Cr:20％～22％；Al:2.5％～3.0％；其中，当C<0.25％时，还包含Nb:0.1％～0.15％和Ti：0.05％～0.15％，并且Ti和Nb加入量的原子百分比满足：Ti/Nb≤1；

上述的垃圾焚烧炉炉排用高温耐磨耐蚀铸钢，进一步优选不含Nb、Ti元素的一组成分的质量百分比为：C:0.28％～0.3％,Si：1.8％±0.2％；Mn:1.0％±0.1％；Cr:20％±0.5％；Al:2.8％±0.2％；稀土RE：0.01％，余量为Fe和不可避免的杂质；

上述的一种垃圾焚烧炉炉排用高温耐磨耐蚀铸钢，进一步优选含Nb、Ti元素的一组成分的质量百分比为：C:0.2％±0.02％,Si：1.5％±0.2％；Mn:1.0％±0.1％；Cr:18％±1.0％；Al:1.5％～2.5％；Nb0.1％±0.05％；Ti：0.1％±0.05％，余量为Fe和不可避免的杂质；

所述的一种垃圾焚烧炉炉排用高温耐磨耐蚀铸钢，成分体系中适宜加入的Al/Cr重量百分含量比为0.15；

如上所述的一种垃圾焚烧炉炉排用高温耐磨耐蚀铸钢，在300℃时抗拉强度不小于450MPa，均匀延伸率不低于12％；600℃时抗拉强度不小于190MPa，均匀延伸率不低于30％。

本发明中的合金成分的设计思路在于：

通常材料的硬度和强度提升，材料的塑性要相对降低。对于铸造材料而言，大多数组织相对粗大，尤其合金含量较高的情况下，材料的塑韧性较差。高温环境下服役，延长炉排寿命的一个有效途径就是提高其强度和韧性。在保证铸造工艺的同时，通过添加稀土RE变质剂或者细化剂，细化材料的组织，是一种有效提高材料的强度和韧性的手段。除此外，本发明中：1)加入Al元素，提高高温抗氧化性、同时增加合金的强度，调整碳化物的析出；2)适当降低Cr含量，进一步降低成本；3)在C和Cr含量相对较低时，添加了微量的Nb、Ti合金元素，细化晶粒，改善碳化物的分布形态，同时析出相强化，增加耐磨性；4)合理控制碳含量，保证材料有足够碳化物析出，材料具有足够强度、硬度同时保持一定韧性，提高耐磨性及使用寿命；5)组织组成：材料组织调控料成分和工艺决定组织和性能，垃圾焚烧炉炉排的服役条件恶劣，由于风冷的作用，在烘炉后，炉排的实际工况条件是长期低于500℃下运行，因此，成分设计和工艺控制，保证所获得的材料的组织主要为铁素体或者高温铁素体和碳化物组成。相对与奥氏体型耐热钢，铁素体和碳化物组织能够保证足够的强度和良好的塑韧性。

具体合金元素设计及在本发明中的作用如下：

(1)碳C：

C是影响高铬耐热钢硬度和韧性的主要元素，C含量增高会增加碳化物的数量，基体硬度提高，耐磨性较好。但是过高的碳含量对韧性不利，随着碳含量的增加，碳化物显著增加，且多分布在晶界上，导致材料的韧性下降，同时Cr的碳化物的增加，降低了基体中的Cr含量，进而抗氧化性能也会下降。本发明中为了克服现有技术中由于一味追求提高碳含量获得高硬度的方式来提高耐磨性，但是却一定程度上忽略了材料的韧性的问题，选择了碳含量0.18％～0.42％范围。，组织以铁素体+碳化物为主，在该碳含量的合金体系下，发现高温磨损机制，为粘着及磨粒磨损共同作用。相对高碳高铬铸钢，本发明通过变质细化剂和控制铸造工艺或者随后的热处理工艺，细化了晶粒，并调整碳化物的形态从粗大的晶界网状变为粒状或者杆状，并使其均匀分布，使得制备的材料保证强度不明显降低的情况下，仍然具有相对良好的韧塑性指标，提高材料的耐磨性和使用寿命。

(2)铬Cr:

Cr是高铬铸钢中最主要的合金元素，高铬铸钢有较高的耐热性能，主要是Cr的加入使得合金外面层再高温下生成一层致密的Cr2O3保护层，组织或延缓了合金的氧化过程由外部氧化转向内部氧化。在高温下且应力作用下，氧化膜及下表层会产生裂纹，裂纹的出现为合金的内部氧化提供了供氧通道。高铬钢本身对裂纹具有修复功能，Cr含量越高，对裂纹修复能力越强，但是Cr含量不宜过高，因为过高组织中会有脆性化合物σ相生成，损害材料的韧性。此外，过高含量的Cr，材料熔炼困难，铸造性能恶化，价值在耐热耐磨合金中，Cr为成本元素，过高会导致成本的显著上升。但是Cr含量过低，无法保证材料的高温性能。综合考虑，通常控制在25wt.％以下和15wt.％以上为宜。

(3)铝Al:

通常Al在钢的制备中作为脱氧剂，但有研究发现，Al是一种有效固溶元素和抗氧化元素，尤其是在一些耐热耐磨合金的开发中，Al的作用非常明显。Al能再金属表面高温下迅速氧化，并形成连续而致密的氧化保护膜，牢固地覆盖与金属表面，有效阻碍表面的氧化，尤其是提高材料的晶界抗氧化能力，使得合金具有良好的高温抗氧化能力。此外，Al还具有提高合金的高温生长能力的作用。相对与Cr和Ni，Al的成本低廉，但是通过合理的设计和成分配比，其可以替代Cr和Ni的作用。Al与Cr合适的配比下，其高温性能和抗高温氧化效果可以达到最优，在本发明的成分范围内发现，Al/Cr质量百分含量为0.15时这个效果最为明显。本发明Fe-Cr合金中发现，在高温重载服役过程中，Al元素在高温及应力作用下，会逐渐向表面扩散与富集，同时生成致密的氧化层，并提高材料的表面硬度和强度，这种现象能极大提高焚烧炉炉排在服役条件下的高温耐磨和耐蚀性能。Al虽然在耐热耐磨耐蚀中具有的有益效果，但是加入量如果过高，会影响材料的铸造及成型能力，因此本发明结合各元素优化后，其含量控制在1.5％～3.5％。

(4)硅Si:

就抗氧化而言，Si在大于900℃时也可以形成较为致密的氧化层，因此高铬铸钢添加适量的Si可以起到抗氧化作用，此外Si同样具有一定的固溶强化作用，同时能够一定程度上抑制碳化物的形成。但是其过量加入会明显降低高铬钢的冲击韧性，本发明中综合考虑，将Si的含量控制在2.0％以下。

(5)锰Mn:

锰是强奥氏体化元素，其本身能起到固溶强化作用。在奥氏体型钢中，其可以部分代替Ni的作用，但是其不是抗氧化元素，并且其耐高温和耐蚀性能较差，但是Mn能起到一定的脱氧作用，本发明中，综合考虑将Mn控制在0.5％～1.2％。

(6)稀土RE：

少量的RE元素加入到高铬钢中，还会促进Cr和Al的有限氧化，使得合金快速形成完整均匀的Cr和/或Al的氧化膜，并减小氧化膜的生长速率，提高合金和氧化膜的结合能力，增强抗剥落性能。本发明中稀土的的另外一个主要作用就是变质处理。现有技术(发明专利：CN201510255240.0)表明由于稀土的变质剂的加入，微合金化稀土铸钢可以在不明显降低塑性和韧性的条件下，显著提高屈服强度和抗拉强度，这主要是，RE有元素能够细化晶粒，并提高境界强度、韧性。这种方式操作简便、成本低、效果明显。我国稀土资源较丰富，高铬铸使用稀土作为变质剂会使碳化物进一步细碎化，甚至球团化，减少对基体的割裂作用。单纯稀土很难彻底改变高铬铸铁共晶碳化物的形貌和分布，而复合变质会使其韧性、硬度有较大地提高。但是过量的RE会会使得晶界脆化，对于中碳含量的合金而言，微量稀土元素，即可明显地优化铸坯质量，提高钢的塑、韧性，改善钢材性能，尤其是韧塑性的提升。

(7)钛Ti和铌Nb：

Ti能净化钢液，细化铸造组织，改善钢的热强性，提高钢的高温性能和高温持久性能。而钢中加入了一定量的Nb，通过Nb的碳或者碳氮化物的析出来利用对晶界的钉扎以及固溶Nb原子的溶质拖曳作用来抑制晶粒长大。此外，Nb和Ti的碳化物析出本身会起到析出强化的作用。本发明中，Nb和Ti的复合添加，主要起到高温形成Ti的碳氮化物或者与Nb配合形成Nb、Ti的复合碳氮化物，细化铸态组织，形成Ti或Nb析出相具有极好的高温稳定性强化基体的同时，提高材料的韧性。本发明中，当C<0.25％且Cr<20％时，加入了微量的Nb:0.05％～0.25％和Ti：0.05％～0.25％。主要是为了弥补由于C、Cr含量低所导致的强度损失，同时提高材料的韧塑性。

生产本发明上述成分的垃圾焚烧炉炉排用高温耐磨耐蚀铸钢，其制备方法包括以下工艺步骤：

配料及装料：将普通废钢、碳素铬铁、低碳铬铁或铁屑、生铁、铬铁等按化学配比配料后放入炉中；

合金熔炼：感应电炉或真空感应电炉熔炼，通电加热熔化后，调整钢液的化学成分，其中硅、锰含量通过加入硅铁、锰铁进行调整，炉前检测并调整成分至要求后，将温度升至1550℃～1600℃，加入占钢水重量的2～5％的铝脱氧并调整钢液铝成分，在钢水至1560℃左右，插入0.2％硅钙进一步脱氧后除去全部炉渣，搅拌钢液，倾炉出钢；

将稀土RE变质剂220℃以下烘干后，采用包内冲入法对钢水进行变质处理；

湿砂型或冷硬树脂砂造型铸造，浇注温度1520℃～1560℃；

浇注1～3h后开箱空冷。

上述的制备工艺获得的垃圾焚烧炉炉排用高温耐磨耐蚀铸钢可进一步进行热处理，热处理工艺为：1150℃-1250℃均匀化退火1小时,空冷或炉冷至850℃～900℃保温3～6小时，空冷或炉冷至室温。

上述的热处理优选工艺为：1200℃均匀化退火1小时,炉冷至850℃、保温4小时，空冷至室温。

上述制备方法制备的垃圾焚烧炉炉排用高温耐磨耐蚀铸钢材料的可以进一步进行表面喷砂处理。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

与现有的同类材料相比，本发明提供的炉排用铸钢，有效提高了炉排的高温耐磨性、同时提高了焚烧炉复杂环境下的高温耐蚀耐氧化性，延长了其使用寿命，所制备的材料具有优异的综合力学性能，优异的硬度、强度和韧性的配合及优异的耐高温强度和韧性，防止服役过程中，发生意外断裂的现象，缩短焚烧炉炉排更换和检测周期；在保证机械性能要求和工况工作条件下，具备较好的经济适应性。所设计的成分下，合金整体成本低，材料的铸造成型性能好，并且其可调控范围宽，易于操作，产品的稳定性好，生产工艺简单，无需增设新的生产设备与提供特殊技术条件，应用传统的冶炼设备即可实现产品的量化生产，降低了生产成本，增强了市场竞争力；

附图说明

图1为本发明中的实施例1中典型光学显微组织；

图2为本发明实施例1中典型的断口形貌图；

图3为本发明实施例和比较例的高温耐磨曲线对比图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。

实施例1：本发明的焚烧炉炉排用高强韧高温耐磨耐蚀铸钢，其化学成分的重量百分含量为：C：0.18％；Si：0.8％；Mn:0.5％；Cr:15％；P≤0.015％,S≤0.01％；Al:1.5％；稀土RE：0.005％；Nb:0.25和Ti：0.15，其余为Fe，以及其它不可避免的杂质；

按照上述成分配料：将废钢、碳素铬铁、低碳铬铁或铁屑、生铁、铬铁、钛或钛铁、铌或铌铁等按化学配比配料后放入炉中，感应电炉或真空感应电炉熔炼，浇注温度1540℃～1550℃，浇注3h后开箱空冷。后续可进行热处理工艺为：1200℃均匀化退火1小时,炉冷至850℃、保温4小时，空冷至室温。所制备铸钢硬度大于220HB，冲击韧性不低于8J/cm²。

实施例2：本发明的焚烧炉炉排用高强韧高温耐磨耐蚀铸钢，其化学成分的重量百分含量为：C：0.42％；Si：2.0％；Mn:1.2％；Cr:25％；P≤0.015％,S≤0.01％；Al:3.5％；稀土RE：0.02％，其余为Fe以及其它不可避免的杂质；

按照上述成分配料：将废钢、碳素铬铁、低碳铬铁或铁屑、生铁、铬铁、钛或钛铁、铌或铌铁等按化学配比配料后放入炉中，感应电炉或真空感应电炉熔炼，浇注温度1540℃～1550℃，浇注3h后开箱空冷。后续可进行热处理工艺为：1220℃均匀化退火1小时,炉冷至850℃、保温4小时，空冷至室温。

实施例3：本发明的焚烧炉炉排用高强韧高温耐磨耐蚀铸钢，其化学成分的重量百分含量为：C：0.2％；Si：1.2％；Mn:0.8％；Cr:20；Al:2.5％，；Nb:0.15％和Ti：0.06％，余量为Fe和不可避免的杂质。

按照上述成分配料，感应电炉或真空感应电炉熔炼，将温度升至1550℃，加入占钢水重量的2％的铝脱氧并调整钢液铝成分，在钢水至1560℃左右，插入0.2％硅钙进一步脱氧后除去全部炉渣，搅拌钢液，倾炉出钢；浇注温度1550℃，浇注3h后开箱空冷。后续可进行热处理工艺为：1220℃均匀化退火1小时,炉冷至850℃、保温4小时，空冷至室温。

实施例4：垃圾焚烧炉炉排用高温耐磨耐蚀铸钢，成分的质量百分比为：C：0.35％；Si：1.8％；Mn:1.0％；Cr:22％；Al:3.0％，余量为Fe和不可避免的杂质；

按照上述成分配料：将废钢、碳素铬铁、低碳铬铁或铁屑、生铁、铬铁、钛或钛铁、铌或铌铁等按化学配比配料后放入炉中，感应电炉或真空感应电炉熔炼，将温度升至1550℃，加入占钢水重量的2％的铝脱氧并调整钢液铝成分，在钢水至1560℃左右，插入0.2％硅钙进一步脱氧后除去全部炉渣，搅拌钢液，倾炉出钢；浇注温度1550℃，浇注3h后开箱空冷。

实施例5:垃圾焚烧炉炉排用高温耐磨耐蚀铸钢，不含Nb、Ti元素的一组成分的质量百分比为：C:0.28％,Si：1.8％±0.2％；Mn:1.0％±0.1％；Cr:20％±0.5％；Al:2.8％±0.2％；稀土RE：0.01％，余量为Fe和不可避免的杂质。

按照上述成分配料：将废钢、碳素铬铁、低碳铬铁或铁屑、生铁、铬铁、钛或钛铁、铌或铌铁等按化学配比配料后放入炉中，感应电炉或真空感应电炉熔炼，将温度升至1550℃，加入占钢水重量的2％的铝脱氧并调整钢液铝成分，在钢水至1560℃左右，插入0.2％硅钙进一步脱氧后除去全部炉渣，搅拌钢液，倾炉出钢；浇注温度1540℃，浇注3h后开箱空冷。

实施例6:上述的垃圾焚烧炉炉排用高温耐磨耐蚀铸钢，进一步优选不含Nb、Ti元素的一组成分的质量百分比为：C:0.3％,Si：1.8％±0.2％；Mn:1.0％±0.1％；Cr:20％±0.5％；Al:2.8％±0.2％；稀土RE：0.01％，余量为Fe和不可避免的杂质。

按照上述成分配料：将废钢、碳素铬铁、低碳铬铁或铁屑、生铁、铬铁、钛或钛铁、铌或铌铁等按化学配比配料后放入炉中，感应电炉或真空感应电炉熔炼，将温度升至1550℃，加入占钢水重量的2％的铝脱氧并调整钢液铝成分，在钢水至1560℃左右，插入0.2％硅钙进一步脱氧后除去全部炉渣，搅拌钢液，倾炉出钢；浇注温度1550℃，浇注3h后开箱空冷。后续可进行热处理工艺为：1220℃均匀化退火1小时,炉冷至850℃、保温4小时，空冷至室温。

实施例7:垃圾焚烧炉炉排用高温耐磨耐蚀铸钢，含Nb、Ti元素的一组成分的质量百分比为：C:0.2％±0.02％,Si：1.5％±0.2％；Mn:1.0％±0.1％；Cr:18％±1.0％；Al:1.5％～2.5％；Nb0.1％±0.05％；Ti：0.1％±0.05％，余量为Fe和不可避免的杂质；

按照上述成分配料：将废钢、碳素铬铁、低碳铬铁或铁屑、生铁、铬铁、钛或钛铁、铌或铌铁等按化学配比配料后放入炉中，感应电炉或真空感应电炉熔炼，将温度升至1550℃，加入占钢水重量的2％的铝脱氧并调整钢液铝成分，浇注温度1530℃，浇注3h后开箱空冷。后续可进行热处理工艺为：1200℃均匀化退火1小时,炉冷至850℃、保温4小时，空冷至室温。

实施例8～12:表1列举了本发明的实施例8～12的垃圾焚烧炉炉排用高温耐磨耐蚀铸钢的主要化学成分。为了更好的对比说明本发明，表1中还列举了两个比较例。各成分实施例所采用的制备工艺制度以及所制备的材料的性能列于表2中。

实施例的典型组织、及实施例与比较例耐磨性能对比分别见附图1～3。

表1各实施例中的成分列表

合金元素	C	Si	Mn	Al	Cr	S	P	RE	Ti	Nb
											实施例8	0.36	1.20	0.5	2.92	20.0	0.005	0.006	0.008	-	-
实施例9	0.24	1.20	0.8	1.5	20	0.006	0.008	-	0.15	0.25
											实施例10	0.25	1.10	0.51	2.86	20.4	0.008	0.01	0.015	-	-
实施例11	0.30	1.50	1.0	2.8	20	0.007	0.01	0.01	-	-
											实施例12	0.21	1.50	1.0	2.0	18	0.01	0.012	0.01	0.08	0.1
比较例1	1.0	1.20	0.8	-	28	0.01	0.01	-	-	-
											比较例2	0.21	1.2	0.8	0.07	20	0.01	0.01	-	-	-

表2工艺与性能

对于实施例8、9、12中，表2中分别列举了铸造成型后经过和未经过热处理工艺的结果对比，通过性能对比，可以发现，对于本发明的成分体系和工艺制度下，经过后续热处理的后制备的材料的综合性能更加优异。

表中的8～12实施例与具有高碳含量的比较例1相对比，尽管由于碳含量的提高，材料硬度、强度有所提高，但是冲击韧性及高温塑性明显降低。而比较例2，其碳含量较低的，未加入Nb、Ti，明显发现其硬度、强度下降较多。本发明将碳含量控制在中低碳范围，并且在碳重量百分含量小于0.25％时考虑加入Nb、Ti，弥补由于C、Cr含量低所导致的强度损失，同时提高了材料的强度和韧塑性，所制备的材料兼具高强、高韧、高温耐磨、耐蚀的垃圾炉排用材。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种焚烧炉炉排用高强韧高温耐磨耐蚀铸钢，其化学成分的重量百分含量为：C：0.18％～0.42％；Si：0.8％～2.0％；Mn:0.5％～1.2％；Cr:15％～25％；P≤0.015％,S≤0.01％；Al:1.5％～3.5％；稀土RE：0.005％～0.02％；其余为Fe以及其它不可避免的杂质；其中，当C<0.25％且Cr<20％时，成分中还包含Nb:0.05％～0.25％和Ti：0.05％～0.25％，所述铸钢硬度大于220HB，冲击韧性不低于8J/cm²。

2.如权利要求1所述的一种垃圾焚烧炉炉排用高温耐磨耐蚀铸钢，其特征在于，其化学成分的重量百分含量为，C：0.2％～0.35％；Si：1.2％～1.8％；Mn:0.8％～1.0％；Cr:20％～22％；Al:2.5％～3.0％；其余为Fe以及其它不可避免的杂质；其中，当C<0.25％时，还包含Nb:0.1％～0.15％和Ti：0.05％～0.15％，并且Ti和Nb加入量的原子百分比满足：Ti/Nb≤1。

3.如权利要求1或2所述的一种垃圾焚烧炉炉排用高温耐磨耐蚀铸钢，其特征在于：其化学成分的重量百分含量为：C:0.28％～0.35％,Si：1.8％±0.2％；Mn:1.0％±0.1％；Cr:20％±0.5％；Al:2.8％±0.2％；稀土RE：0.01％；其余为Fe以及其它不可避免的杂质。

4.如权利要求1或者2所述的一种垃圾焚烧炉炉排用高温耐磨耐蚀铸钢，其特征在于：其化学成分的重量百分含量为：C:0.2％±0.02％,Si：1.5％±0.2％；Mn:1.0％±0.1％；Cr:18％±1.0％；Al:1.5％～2.5％；Nb0.1％±0.05％；Ti：0.1％±0.05％；其余为Fe以及其它不可避免的杂质。

5.如权利要求1或2所述的一种垃圾焚烧炉炉排用高温耐磨耐蚀铸钢，其特征在于，加入的Al/Cr重量百分含量比为0.15。

6.如上述任一权利要求所述的一种垃圾焚烧炉炉排用高温耐磨耐蚀铸钢，其特征在于：所述的铸钢在300℃时抗拉强度不小于450MPa，均匀延伸率不低于12％；600℃时抗拉强度不小于190MPa，均匀延伸率不低于30％。

7.如上述任一权利要求所述的一种垃圾焚烧炉炉排用高温耐磨耐蚀铸钢的制备方法，其特征在于：制备工艺具体包括如下步骤：

(1)配料及装料：将普通废钢、碳素铬铁、低碳铬铁或铁屑、生铁、铬铁等按化学配比配料后放入炉中；

(2)合金熔炼：感应电炉或真空感应电炉熔炼，通电加热熔化后，调整钢液的化学成分，其中硅、锰含量通过加入硅铁、锰铁进行调整，炉前检测并调整成分至要求后，将温度升至1550℃～1600℃，加入占钢水重量的2％～5％的铝脱氧并调整钢液铝成分，在钢水至1560℃左右，插入0.2％硅钙进一步脱氧后除去全部炉渣，搅拌钢液，倾炉出钢；

(3)将稀土RE变质剂220℃以下烘干后，采用包内冲入法对钢水进行变质处理；

(4)湿砂型或冷硬树脂砂造型铸造，浇注温度1520℃～1560℃；

(5)浇注1小时～3小时后开箱空冷。

8.根据权利要求7所述的一种垃圾焚烧炉炉排用高温耐磨耐蚀铸钢的制备方法，其特征在于：所制备材料可进一步进行热处理，热处理工艺为：1150℃-1250℃均匀化退火1小时,空冷或炉冷至850～900℃保温3小时～6小时，空冷或炉冷至室温。

9.根据权利要求7所述的一种垃圾焚烧炉炉排用高温耐磨耐蚀铸钢的制备方法，其特征在于：所制备铸钢的热处理工艺为：1200℃均匀化退火1小时,炉冷至850℃、保温4小时，空冷至室温。

10.根据权利要求7或8的所述的一种垃圾焚烧炉炉排用高温耐磨耐蚀铸钢的制备方法，其特征在于：所制备的铸钢材料的经过表面喷砂处理。