CN1058060C

CN1058060C - 一种火力发电厂用铸态耐磨钢及其制造方法

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Publication number: CN1058060C
Application number: CN98100966A
Authority: CN
Inventors: 王树炎; 刁家亮; 梁尽忠; 沈忠; 牟锡民; 王铁重
Original assignee: HEBEI POWER EQUIPMENT FACTORY
Current assignee: HEBEI POWER EQUIPMENT FACTORY
Priority date: 1998-03-27
Filing date: 1998-03-27
Publication date: 2000-11-01
Anticipated expiration: 2018-03-27
Also published as: CN1202532A

Abstract

本发明涉及一种火力发电厂用铸态耐磨钢及其制造方法。化学成分百分含量：C0.30-0.45，Si1.5-2.5，Mn1.5-2.5，Cr1.00-2.00，Mo0.3-0.8，Ni0.3-1.00，P≤0.04，S≤0.04，Mg0.001-0.006，Ca0.001-0.006，RE0.01-0.06，Zr0.01-0.05，Nb0.01-0.1，Ta0.001-0.005，余为Fe。耐磨性、耐蚀性、焊接性好。工艺简便易行，成本低。

Description

一种火力发电厂用铸态耐磨钢及其制造方法

本发明涉及铬钼合金钢技术领域，具体是一种火电厂输送煤粉及除灰等管道用铸态耐磨钢及其制造方法。

火力发电厂在制粉除灰系统中，大量使用输送煤粉、煤灰直管、弯管、三通管件(以下简称管道)等易损件，长期处于煤粉、煤灰冲刷靡损，管道的性能直接影响火电厂的安全经济运行。目前，国内普通使用普通A3钢制作直管、弯管，由于其硬度低，耐磨性差，使用中常被磨穿漏粉，使用寿命达不到一个大修期要求，影响发电厂安全经济运行。为了提高管道的使用寿命，国内开展了铸造管道材料的研究。《金属热处理》1996年第8期18页“大口径低合金钢耐磨弯管雾风冷却”一文公开的C 0.35-0.5％，Si 0.4-0.7％，Mo 0.15-0.30％，Cr 1.0-1.6％，Mn0.7-1.4％，耐磨钢，由于所含Si、Mn、Mo含量低，无铸态自硬化能力，必需采用传统的重新加热进行复杂的淬火—回火热处理，且需雾风强制冷却，才能使管件获得较高硬度HRC48-55，但在高硬度条件下，在现场安装焊接过程，易出现冷裂纹，这也是其不足之处。

近年来，国外亦采用低合金耐磨钢制造输煤粉管道，例如美国用AISI4340H钢，其化学组成(％)：C 0.37-0.45，Si 0.20-0.35，Mn 0.60-0.90，Cr 0.65-0.90，Cr 0.65-0.95，Mo 0.20-0.30，Ni 1.50-2.00，Cu＜0.35，P＜0.04，S＜0.04，其不足之处一是含Ni量高，生产成本太高，二是这种钢同样需采用重新加热进行淬火、回火热处理，才能使钢具有高硬度，提高耐磨性，但在高硬度条件下(HRC＞50)，焊接性能变坏，在现场安装过程中，易产生焊接裂纹，且当管件管径较大，长度较长时，尚需大型热处理电炉，致使许多工厂无法对其进行热处理，同时要消耗大量能源，生产成本高。

本发明的目的是提供一种发电厂输送管件用铸态耐磨钢及其制造方法，该钢不仅具有较高的硬度、耐磨性、耐蚀性和一定韧性，而且具有较好的铸造性质、焊接性能、可铸态使用。制造该种钢的方法简便易行，节省了设备和能源，生产成本较低。

本发明目的之一是这样实现的：一种火力发电厂输送管件用铸态耐磨钢，其特征在于具有如下化学成分百分含量：C 0.30-0.45，Si 1.5-2.5，Mn 1.5-2.5，Cr 1.00-2.00，Mo 0.3-0.8，Ni 0.3-1.00，P＜0.04，S＜0.04，Mg0.001-0.006，Ca 0.001-0.006，RE 0.01-0.06，Zr 0.01-0.05，Nb 0.01-0.1，Ta 0.001-0.005，余为Fe。

其最佳化学成分百分含量：C 0.35-0.42，Si 1.6-2.0，Mn 1.6-2.2，Cr 1.0-1.50，Mo 0.4-0.6，Ni 0.4-0.6，Mg 0.002-0.004，Ca 0.002-0.004，RE 0.02-0.04，Zr 0.02-0.04，Nb 0.03-0.06，P＜0.04，S＜0.04，Ta 0.001-0.005余为Fe。

现将本发明铸态耐磨钢的化学成分设计依据及限定含量范围的理由综述如下：

(1)碳量：在耐磨钢中是最基本最重要的元素，其含量多少直接决定铸件的硬度、耐磨性、韧性、可焊性。提高含碳量，可提高硬度、耐磨性，但韧性可焊性降低。为保证耐磨铸件具有较高硬度、耐磨性、韧性，以及较好熔铸、焊接等工艺性能，本发明钢选定碳含量为0.30-0.45％范围内是合适的。

(2)锰量：其强烈扩大奥氏体区域，抑制珠光体转变，可明显提高淬透性，锰能锐硫，净化钢水，又是较便宜的元素，可加入较高锰量，以提高硬度、耐磨性，但过多将促使晶粒粗大，焊接性变差，故选定1.5-2.5％。

(3)硅量：硅能固溶强化提高硬度、强度，硅亦能使珠光体转变C曲线右移，提高钢的淬透性，硅促使钢在连续冷却过程中形成贝氏体组织，使钢具有良好的强韧性，本发明钢利用硅的上述作用，加入较多硅量，硅能提高抗回火稳定性，防止输送煤粉管道软化(使用温度为250℃左右)，降低耐磨性，但过量硅会促使钢产生柱状晶，严重降低韧性，综合考虑选定硅量为1.5-2.5％。

(4)铬、镍、钼：铬、镍、钼三元素均可提高钢的淬透性，三元素配合加入则会大幅度提高钢的淬透性，采用热开箱空冷的方法，可使钢获得贝氏体—马氏体双相组织具有优良的综合力学性能，但Cr、Ni、Mo等含量过多，会增大铸钢成本，且Cr、Mo形成过多碳化物降低韧性，焊接性能，故选取Cr 1.0-2.0％，Mo 0.3-0.8％，Ni 0.3-1.0％。

本发明钢不加硼元素，只加少量镍元素以及多元微量合金元素，除大幅度提高钢的淬透性外，还改善钢的焊接性能，获得贝氏体—马氏体双相组织，具有良好的综合力学性能及工艺性能，这是本发明钢与现有技术重要区别之一。上述化学成分的铸钢虽能铸态热开箱空冷条件下能淬硬，但由于不再进行重新加热淬火—回火过程，晶粒粗大、韧性低，故本发明加入多元微量元素，使铸件热开箱空冷条件下组织细化致密，韧性大幅度提高，保证管件使用安全可靠。

本发明钢加入以下微量元素，其作用机量论述如下：

锆、铌、钽：均是强细化晶粒元素，向钢中加入微量锆、铌、钽，能显著细化晶粒，提高钢的韧性，焊接性能，这是保证本发明钢铸态使用的措施之一，经反复试验，其合适加入量锆为0.01-0.05％，Nb 0.01-0.1％，钽为0.001-0.005％。

稀土、镁、钙：稀土RE可净化钢水，细化晶粒，改善夹杂物形态和分布，提高韧性，本发明钢加入微量Ca是强脱氧剂，可净化钢水，并起微合金化作用，细化组织，提高钢塑韧性，进一步改善钢的焊接性能，可防止焊接冷裂纹的产生，加入微量Ca，可充分脱氧、脱硫、去气、净化晶介Ca与S、O易于化合形成CaS和CaO，减少S、O有害作用。镁在高温状态下发生汽化，促使钢液沸腾，起到去气，搅拌，净化钢水的作用，可细化晶粒，消除非金属夹杂物造成的钢的脆性和热裂现象，提高钢的塑、韧性，焊接性能，但这三个元素加入量不可过多，否则易产生氧化夹杂，损害钢的性能，合适加入量为：RE 0.01-0.06％，Ca 0.001-0.006，Mg 0.001-0.006％。

硫、磷：在本发明钢中视为有害杂质，应尽可能降低其含量，应控制在P≤0.030，S≤0.030％。

本发明还提供了上述钢的如下制造方法：其特征是在Fe-C合金中，加入Si、Mn、Cr、Ni、Mo合金元素，再加入多元微量元素Nb、Ta、Zr、S、P，按所要求化学成分配料，在电炉中熔化(把熔炼烧损考虑进去)，升温至1560-1580℃，加入铝脱氧，将高稀土低镁合金FeSiMg2RE27、SiCa合金及包头1#稀土硅合金加入钢水包底部，用钢水冲熔进行炉前三元复合变质处理，使Mg、Ca、RE等达到所要求的化学成分，将钢水浇注到砂型型腔中，凝固后，铸件在型腔中冷却到900℃-950℃时，热开箱，将铸件放置空气中冷却，当冷至300℃-350℃时，立即将铸件放进砂坑中埋砂冷却至室温即可。

由于本发明钢铸造性能优，可浇铸壁厚8-30毫米各种规格的直管、弯管。铸件在型中凝固冷到至900-950℃时，热开箱取出铸件，在空气中冷却，当铸件冷却到300-350℃时，再将铸件埋入砂坑中缓冷至室温即可，从管件本体取样其硬度可达HRC 45-50，a_k≥20J/cm²。已在6个发电厂使用证明，其耐磨性是A3钢的4-5倍，可保证2个大修期(6年)不更换，用上述方法已生产1000余吨各种规格管件以及其它耐磨件，获得较好经济效益和社会效益。

本发明钢与现有火电厂输送煤粉、煤灰管件、小衬板等其他耐磨件用钢相比，具有下述优点：

1、本发明所采用主加元素硅、锰、资源立足国内，价格低廉，加少量铬钼、镍，再配以Nb、Ta、Zr、Mg、Ca、RE等多元微合金化及复合变质处理，可获得致密组织结构。

2、充分利用铸造余热进行热处理，即采用受控冷却。

铸件型内冷至900℃-950℃时热开箱，在空气中冷却至300℃-350℃，将件置于砂坑中埋沙缓冷至室温，可获得综合性能优异的贝氏体—马氏体双相组织。

本钢种采用热开箱，利用铸件铸造余热进行热处理，生产工艺简单易行，可省去重新加热至高温(900-950℃)的淬火—回火等复杂传统的热处理，节约能源及热处理电炉，工装等设备，生产成本降低，有较高经济性。

3、本钢综合力学性能优，从铸件(管、弯管、衬板等)本体取样，其洛氏硬度HRC 45-50，冲击韧性a_k≥20J/cm²，具有高的耐磨性，与A3钢制造的管件相比，使用寿命提高3-4倍，使用寿命可达2个大修期(6年)不更换，保证发电厂安全经济发电。

下面结合实施例进一步说明本发明铸钢的性能和使用效果。

各实施例化学成分如下表。

实施例1：根据本发明所设计的化学成分范围进行配料，在电炉中熔炼，待钢水温度达1560℃-1580℃。

各实施例化学成分如下表：

用铝终脱氧，将高稀土低镁合金FeSiMg2RE27、SiCa31合金，包头1#稀土合金加入钢水包底部，出钢冲熔进行炉前复合变质处理，浇注输送煤粉管及弯头，型内冷却至900℃-950℃开箱，将铸件置于空气中冷却，当冷至300℃-350℃时，将件置于砂坑中埋砂冷却至室温，取出铸件进行清理，铸态使用。测试各项性能如下：A、测试化学成分(％)(见表)。

B、从管体本体取样测力学性能：

HRC 45.5，a_k 32J/cm²。

C、使用效果

将生产的管件、弯头，用焊接方法安装在A电厂输煤管道上，已使用3年，经检查磨损不大，尚能使用3年，比原用A3钢焊接管使用寿命已经提高3倍。

实施例2：制造方法同实施例1。

A、测得化学成分(％)(见表)。

B、力学性能

从铸件本体取样测得HRC 49.5，a_k 23.5J/cm²。

C、使用效果

将所生产一批弯管安装在B电厂除灰系统，已用三年多，至今仍在使用，同炉生产100块小衬板装在球磨机进出端管内壁上，也使用三年多，均比原用普通钢使用寿命提高4倍以上，经济效益显著。

实施例3：生产方法同实施例1，检测各项数据如下：

A、化学成分测试结果(％)(见表)。

B、力学性能

从铸件本体取样测力学性能

HRC 47.5，a_k 29J/cm²。

C、使用效果

将生产的发电锅炉喷燃器输煤粉管8件装于C电厂已使用三年多，经检查磨损基微，予计能使用2个大修期，比原用某厂产稀土耐磨钢使用寿命提高1倍以上。

通过安装使用表明，本发明钢采用多元微合金化及复合变质技术，铸态使用，比电厂原用A3钢焊接管件使用寿命提高3-4倍，比某厂生产的稀土耐磨钢提高1倍以上，具有较高的经济效益与社会效益。

实施例4：生产方法同实施例1，检测各项数据如下：

A、化学成分测试结果(％)(见表)。

B、力学性能

从铸件本体取样测力学性能

HRC 48.5，a_k 29J/cm²。

C、使用效果

本炉产品为某电厂生产一批碗式磨煤机防护斜板替代进口防护斜板，已使用一年，经检测认为与进口防护斜板耐磨性相当，但价格却是进口板的四分之一，经济效益非常明显。

实施例5、6、7，亦达到了本发明目的(数据略)。

Claims

1、一种火力发电厂用铸态耐磨钢，其特征在于具有如下化学成分百分含量：C 0.30-0.45，Si 1.5-2.5，Mn 1.5-2.5，Cr 1.00-2.00，Mo 0.3-0.8，Ni 0.3-1.00，P≤0.04，S≤0.04，Mg 0.001-0.006，Ca0.001-0.006，RE 0.01-0.06，Zr 0.01-0.05，Nb 0.01-0.1，Ta 0.001-0.005，余为Fe。

2、根据权利要求1所述的铸态耐磨钢，其特征在于是化学成分百分含量：C 0.35-0.42，Si 1.6-2.0，Mn 1.6-2.2，Cr 1.00-1.50，Mo 0.4-0.6，Ni 0.4-0.6，Mg 0.002-0.004，Ca 0.002-0.004，RE 0.02-0.04，Zr 0.02-0.04，Nb 0.03-0.06，P＜0.04，S＜0.04，Ta 0.001-0.005，余为Fe。

3、根据权利要求1或2所述的铸态耐磨钢的制造方法，其特征是C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、Nb、Ta、Zr、S、P，按所要的化学成分配料，在电炉中熔化，升温至1520-1560℃，加入铝终脱氧，将高稀土低镁合金FeSiMg2RE27，SiCa31合金，包头1#稀土合金加入钢水包底部，出钢冲熔进行炉前复合变质处理，铸件型内冷却，至900℃-950℃开箱，取出铸件置于空气中冷却，当冷至300℃-350℃时，将铸件置于砂坑中埋砂冷却至室温而成。