CN106048461A - 一种耐热铸钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种耐热铸钢，其特征在于：所述的耐热铸钢配方如下：各成分的质量百分比为：Cr：19‑22.0%，Nb：0.8‑1.2%，Si：1.3‑1.9%，C：0.2‑0.4%，Mn：9.5‑10.5.%，Ni：5‑7%，P：0‑0.045%，S：0.15‑0.25%，V：0.5‑0.8%，N：0.1‑0.3%，余量为Fe及不可避免的微量元素，上述各成分的质量百分比之和为100%。制成后的耐热铸钢，其材料的耐磨、耐热性能较佳，适合在高温环境下工作，工作温度可达到850‑950℃，同时制造成本较低，易于推广和应用。

Description

一种耐热铸钢及其制备方法
技术领域
本发明涉及耐热铸钢的技术领域，具体地说是一种耐热铸钢及其制备方法。
背景技术
目前市场上的球墨铸铁在制造时加入大量的废钢料和回炉铁，比如申请号为“CN201110313761.9”，名称为“一种球墨铸铁及其生产方法”的发明专利，描述了一种球墨铸铁及其生产方法，所采用的原料以重量份计：生铁45－50；废钢25－30；回炉铁20－25；焦炭颗粒1－1.5。生产过程是：将废钢全部投入到炉中，待废钢开始熔化时，加入焦炭颗粒并迅速加入生铁进行覆盖，待生铁开始熔化时，逐步加入回炉料，全部炉料熔化完全后打渣、出炉，进行孕育处理，得到球墨铸铁。上述工艺在生产铸态球墨铸铁配方传统的基本上，增加废钢的投入量，减少生铁的用量，不另在原铁水中加锰铁和硅铁，通过增碳和熔炼工艺的优化，得到铸态球墨铸铁，虽然制造成本大幅度降低,但硬度居中，只适用于于机械加工，但耐热、耐磨性差，无法适合高温工作环境。
又比如申请号为“CN201110329105.8”，名称为“一种大断面球墨铸铁”的发明专利，公开了一种大断面球墨铸铁，属于铸铁冶金技术领域，该大断面球墨铸铁的质量百分比为：C：3.5％-3.7％，Si：1.8％-1.9％，Mn：0.1％-0.2％，P：0.045％-0.05％，S：0.01％-0.015％，Re：0.018％-0.02％，Mg：0.05％-0.055％，Cu：0.5％，余量为Fe以及不可避免的微量元素。该大断面球墨铸铁虽然高韧性、铁素体量和球化率均很高，但只适合各类高强度、高冲击功机器模具的铸件，但耐热、耐磨性差，无法适合高温工作环境，无法制成涡轮增压器的配件，使用局限性较大。同时现有的铸铁加工工艺复杂，制作成本很高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改进的耐热铸钢及其制备方法，它可克服现有技术中耐热铸钢的耐热、耐磨性差，无法适合高温工作环境的一些不足。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种耐热铸钢，其特征在于：所述的耐热铸钢配方如下：各成分的质量百分比为：Cr：19-22.0％，Nb：0.8-1.2％，Si：1.3-1.9％，C：0.2-0.4％，Mn：9.5-10.5.％，Ni：5-7％，P：0-0.045％，S：0.15-0.25％，V：0.5-0.8％，N：0.1-0.3％，余量为Fe及不可避免的微量元素，上述各成分的质量百分比之和为100％。
一种耐热铸钢的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括如下步骤：a、将耐热铸钢的原料依次加入炉中进行融化，所述的耐热铸钢的原料为：合金钢、电解锰、微碳铬铁、铌铁、镍、氮化锰、钒铁、硅铁、硫铁和增碳剂；b、待原料全部熔清后，进行第一次脱氧处理，根据炉前分析结果，调整炉内化学成分直至达到标值；c、进行第二次脱氧处理和第一次镇静除渣；d、升温后进行第二次镇静除渣，最后测温出钢，进行离心浇注。
本发明的耐热铸钢所含的各成分质量百分比为：Cr：19-22.0％，Nb：0.8-1.2％，Si：1.3-1.9％，C：0.2-0.4％，Mn：9.5-10.5.％，Ni：5-7％，P：0-0.045％，S：0.15-0.25％，V：0.5-0.8％，N：0.1-0.3％，余量为Fe及不可避免的微量元素，该种铸铁室温下Rm:≥690MPa，Rp0.2:≥350MPa，A:≥15％。材料的耐磨、耐热性能较佳，适合在高温环境下工作，工作温度可达到850-950℃。同时制造成本较低，易于推广和应用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
本发明所述的一种耐热铸钢，其与现有技术的区别在于：所述的耐热铸钢配方如下：各成分的质量百分比为：Cr：19-22.0％，Nb：0.8-1.2％，Si：1.3-1.9％，C：0.2-0.4％，Mn：9.5-10.5.％，Ni：5-7％，P：0-0.045％，S：0.15-0.25％，V：0.5-0.8％，N：0.1-0.3％，余量为Fe及不可避免的微量元素，上述各成分的质量百分比之和为100％。
进一步的，所述的耐热铸钢配方的各成分质量百分比为：Cr：20.5％，Nb：1.0％，Si：1.45％，C：0.3％，Mn：10.0％，Ni：6.0％，P：0.03％，S：0.2％，V：0.65％，N：0.2％，余量为Fe及不可避免的微量元素，上述各成分的质量百分比之和为100％。
一种耐热铸钢的制备方法，其与现有技术的区别在于：所述制备方法包括如下步骤：a、将耐热铸钢的原料依次加入炉中进行融化，所述的耐热铸钢的原料为：合金钢、电解锰、微碳铬铁、铌铁、镍、氮化锰、钒铁、硅铁、硫铁和增碳剂；b、待原料全部熔清后，进行第一次脱氧处理，根据炉前分析结果，调整炉内化学成分直至达到标值；c、进行第二次脱氧处理和第一次镇静除渣；d、升温后进行第二次镇静除渣，最后测温出钢，进行离心浇注。
进一步，a步骤中，所述的耐热铸钢的原料为质量百分比为：55-75％的合金钢、3-7％的电解锰、10-15％的微碳铬铁、0.5-2％的钒铁、1-3％的硅铁、0.5-1％的硫铁、0.5-1.5％的镍、5-8％的氮化锰、1.5-4％的铌铁和0-0.5％的增碳剂，上述各成分的之和为100％，所述的高碳高铬钢采用X5CrNi18-10钢，所述的增碳剂采用豫中铁合金出产的，增碳剂的含碳量为99.5％。
可选的，a步骤中，原料的加入时，先加入合金钢和微碳铬铁，然后加入钒铁等其他材料，等上述原料基本熔化后加入剩余的硅铁，原料加入时的炉内温度为1350-1400度；在合金钢和微碳铬铁熔化1/3后，加入造渣材料，造渣材料覆盖钢液，所述的造渣材料加入量占钢水总量的1％-1.5％，造渣材料由生石灰与莹石4:1混合而成，待上述合金钢和微碳铬铁基本熔化后，加入其他剩余原材料，待钢水基本熔化完后，加入硫铁，其中硫铁的加入量为650g。
b步骤中，待原料全部熔清后，钢液表面加入除渣剂覆盖，当炉内温度达到1550-1620度时加入硅铁，硅铁加入量占钢水总量的0.2％-0.5％，然后进行第一次脱氧，时间为1-2分钟，脱氧过程中需要用除渣剂覆盖钢液表面，脱氧后取样进行炉前分析。当温度达到1580-1620度时加入占钢水总量的0.1％的电解锰，1-1.5分钟后再加入硅铁，硅铁加入量占钢水总量的0.4％-0.5％。
c步骤中，在钢液中加入占钢水总量0.1-0.15％的钙硅进行第二次脱氧，脱氧过程中需要用除渣剂覆盖钢液表面，钢水升温至1640-1680度时，使钢水静止1-2分钟，除去钢液表面的浮渣；b步骤和c步骤中所述的除渣剂为高温除渣剂，除渣剂的用量占钢水总量的1％-3％。
d步骤中，钢液温度降至1550-1620度时进行升温，将钢水升温至1640-1680度时，使钢水静止1-2分钟，然后随时除去钢液表面的浮渣，直至达到1550-1610度的出炉温度，然后除去钢液表面的浮渣和除渣剂，保持炉内钢液的温度，加入占钢水总量的0.2％的神奇牌不锈钢精炼剂，并准备出钢。
d步骤中，离心浇铸时将铸棒放入快熔感应炉进行熔化，钢液坠入模温为250-350℃，转速为700r/min的铸模内，经过转速调频器将转速调整到1000r/min，旋转2-3分钟后将铸件从铸模里面取出。
实施例1
根据产品工艺出品率和钢料的化学成分，计算炉料的配比比例(按表1进行)。合金加入量视具体成分要求进行调整。注意炉料必须干燥、干净，无杂质和模壳材料等。
表1成分配比料表
首先对冷炉(炉子型号为：100Kg-175Kw)进行通电，开始通电3-4分钟内供给60％的功率，待电流冲击稳定后，逐渐将功率增至最大值。(热炉：时间可缩短为2-3分钟)。加料顺序：先加合金钢和微碳铬铁，随着炉料熔化，应不断捣动炉料下降，以防止搭桥。剩余炉料在熔化过程中陆续加入，直到加完为止。并且金属液面始终要保持在熔剂层的覆盖下。不易熔化、且烧损较小的合金料如铌铁、硅铁，可以在熔化初期加入。必要时在炉料熔化约1/3后，加入造渣材料(生石灰∶莹石＝4：1)造渣覆盖钢液，造渣材料加入量约占钢水总量的1％-1.5％。待钢水基本熔化完后，加入硫铁。炉料全部熔清后，钢液表面加入除渣剂覆盖。当温度达到1600度左右时加入一定比例电解锰，约1.5分钟后再加入一定比例硅铁，脱氧1.5分钟左右后渣取炉前样(脱氧过程用除渣剂覆盖)。根据炉前分析结果，调整化学成分,直至达到配料单中目标值为止。加入0.1-0.15％的钙硅进行脱氧(注意整个脱氧过程要有除渣剂覆盖)。钢水升温到1650度左右时，停止电力使钢水静止约1.5分钟，渣子上浮除去浮渣，注意整个过程要用除渣剂(Presico公司高温除渣剂，用量占钢水总量的3.5％-5.0％)覆盖。然后升温。将钢水温度升到1650度左右，停止电力使钢水静止约1.5分钟，随时除去浮渣。直到出炉温度，整个过程要用除渣剂覆盖。测量钢水温度达到要求的出钢温度后，除去浮渣和钢液表面的除渣剂，将电炉电力调整至25-30％，以保持炉内钢液的温度，加入占钢水总量的0.2％的神奇牌不锈钢精炼剂，准备出钢。出钢成型的耐热铸钢具有如下机械性能：室温下Rm:≥690MPa，Rp0.2:≥350MPa，A:≥15％；铸态硬度：HRC:20-38；耐热、耐磨。具有如下物理性能密度：7.8Kg/dm3熔点1380-1420℃，可在高温环境下长时间工作而不变形，同时造价较低。
实施例2
为了达到涡轮增压器高温下工作的性能要求，气流调节部件铸件金属材料由1.4848Nb更改为本发明材料，采用熔模精密铸造成型。为了制得衬套类使用的金属材料，采取了以下步骤：
1)制模：采用事先制造好的模具，压制蜡模，经过修模、组树、蜡树清洗等工序得到带有干净的带有蜡件的蜡树。
2)制壳：在蜡树外面涂挂多层耐火材料组成的料将和莫来砂，制成具有一定强度的模壳，经高温蒸汽脱蜡，得到具有与毛坯形状相似的型腔的模壳。
3)配比：55-75％的合金钢、3-7％的电解锰、10-15％的微碳铬铁、0.5-2％的钒铁、1-3％的硅铁、0.5-1％的硫铁、0.5-1.5％的镍、5-8％的氮化锰、1.5-4％的铌铁和0-0.5％的增碳剂。
4)熔炼工艺：首先对冷炉(炉子型号为：100Kg-175Kw)进行通电，开始通电3-4分钟内供给60％的功率，待电流冲击稳定后，逐渐将功率增至最大值。(热炉：时间可缩短为2-3分钟)。加料顺序：先加合金钢和微碳铬铁，随着炉料熔化，应不断捣动炉料下降，以防止搭桥。剩余炉料在熔化过程中陆续加入，直到加完为止。并且金属液面始终要保持在熔剂层的覆盖下。不易熔化、且烧损较小的合金料如铌铁、硅铁，可以在熔化初期加入。必要时在炉料熔化约1/3后，加入造渣材料(生石灰∶莹石＝4：1)造渣覆盖钢液，造渣材料加入量约占钢水总量的1％-1.5％。待钢水基本熔化完后，加入硫铁。炉料全部熔清后，钢液表面加入除渣剂覆盖。当温度达到1600度左右时加入一定比例电解锰，约1.5分钟后再加入一定比例硅铁，脱氧1.5分钟左右后渣取炉前样(脱氧过程用除渣剂覆盖)。根据炉前分析结果，调整化学成分,直至达到配料单中目标值为止。加入0.1-0.15％的钙硅进行脱氧(注意整个脱氧过程要有除渣剂覆盖)。钢水升温到1650度左右时，停止电力使钢水静止约1.5分钟，渣子上浮除去浮渣，注意整个过程要用除渣剂(Presico公司高温除渣剂，用量占钢水总量的3.5％-5.0％)覆盖。然后升温。将钢水温度升到1650度左右，停止电力使钢水静止约1.5分钟，随时除去浮渣。直到出炉温度，整个过程要用除渣剂覆盖。测量钢水温度达到要求的出钢温度后，除去浮渣和钢液表面的除渣剂，将电炉电力调整至25-30％，以保持炉内钢液的温度，准备出钢。
5)浇注成型：将钢水浇入模壳中，冷却后得到附带浇冒口的铸棒，经过切割、打磨、抛丸、喷砂等后处理，得到铸棒。该铸棒具有如下机械性能：室温下Rm:≥690MPa，Rp0.2:≥350MPa，A:≥15％；铸态硬度：HRC:20-38；耐热、耐磨。具有如下物理性能密度：7.8Kg/dm3；熔点1380-1420℃，可在高温环境下长时间工作而不变形，同时节省了成本。
6)离心浇铸：将铸棒放入快熔感应炉进行熔化，钢液坠入模温为250～350℃，转速为700r/min的铸模内，经过转速调频器将转速调整到1000r/min，按照工艺要求旋转2～3分钟后将铸件从铸模里面取出，这种工艺的优点是铸件致密度高，气孔、夹渣等缺陷少，力学性能高。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施只局限于上述这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种耐热铸钢，其特征在于：所述的耐热铸钢配方如下：各成分的质量百分比为：Cr：19-22.0%，Nb：0.8-1.2%，Si：1.3-1.9%，C：0.2-0.4%，Mn：9.5-10.5.%，Ni：5-7%，P：0-0.045%，S：0.15-0.25%，V：0.5-0.8%，N：0.1-0.3%，余量为Fe及不可避免的微量元素，上述各成分的质量百分比之和为100%。
2.根据权利要求1所述的一种耐热铸钢，其特征在于：所述的耐热铸钢配方的各成分质量百分比为：Cr：20.5%，Nb：1.0%，Si：1.45%，C：0.3%，Mn：10.0%，Ni：6.0%，P：0.03%，S：0.2%，V：0.65%，N：0.2%，余量为Fe及不可避免的微量元素，上述各成分的质量百分比之和为100%。
3.一种耐热铸钢的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括如下步骤：a、将耐热铸钢的原料依次加入炉中进行融化，所述的耐热铸钢的原料为：合金钢、电解锰、微碳铬铁、铌铁、镍、氮化锰、钒铁、硅铁、硫铁和增碳剂；b、待原料全部熔清后，进行第一次脱氧处理，根据炉前分析结果，调整炉内化学成分直至达到标值；c、进行第二次脱氧处理和第一次镇静除渣；d、升温后进行第二次镇静除渣，最后测温出钢，进行离心浇注。
4.根据权利要求3所述的一种耐热铸钢的制备方法，其特征在于：a步骤中，所述的耐热铸钢的原料为质量百分比为：55-75%的合金钢、3-7%的电解锰、10-15%的微碳铬铁、0.5-2%的钒铁、1-3%的硅铁、0.5-1%的硫铁、0.5-1.5%的镍、5-8%的氮化锰、1.5-4%的铌铁和0-0.5%的增碳剂，上述各成分的之和为100%，所述的高碳高铬钢采用X5CrNi18-10钢，所述的增碳剂采用豫中铁合金出产的，增碳剂的含碳量为99.5%。
5.根据权利要求3所述的一种耐热铸钢的制备方法，其特征在于：a步骤中，原料的加入时，先加入合金钢和微碳铬铁，然后加入钒铁等其他材料，等上述原料基本熔化后加入剩余的硅铁，原料加入时的炉内温度为1350-1400度；在合金钢和微碳铬铁熔化1/3后，加入造渣材料，造渣材料覆盖钢液，所述的造渣材料加入量占钢水总量的1%-1.5%，造渣材料由生石灰与莹石4:1混合而成，待上述合金钢和微碳铬铁基本熔化后，加入其他剩余原材料，待钢水基本熔化完后，加入硫铁，其中硫铁的加入量为650g。
6.根据权利要求3所述的一种耐热铸钢的制备方法，其特征在于：b步骤中，待原料全部熔清后，钢液表面加入除渣剂覆盖，当炉内温度达到1550-1620度时加入硅铁，硅铁加入量占钢水总量的0.2%-0.5%，然后进行第一次脱氧，时间为1-2分钟，脱氧过程中需要用除渣剂覆盖钢液表面，脱氧后取样进行炉前分析。
7.根据权利要求6所述的一种耐热铸钢的制备方法，其特征在于：当温度达到1580-1620度时加入占钢水总量的0.1%的电解锰， 1-1.5分钟后再加入硅铁，硅铁加入量占钢水总量的0.4%-0.5%。
8.根据权利要求3所述的一种耐热铸钢的制备方法，其特征在于：c步骤中，在钢液中加入占钢水总量0.1-0.15%的钙硅进行第二次脱氧，脱氧过程中需要用除渣剂覆盖钢液表面，钢水升温至1640-1680度时，使钢水静止1-2分钟，除去钢液表面的浮渣；b步骤和c步骤中所述的除渣剂为高温除渣剂，除渣剂的用量占钢水总量的1%-3%。
9.根据权利要求3所述的一种耐热铸钢的制备方法，其特征在于：d步骤中，钢液温度降至1550-1620度时进行升温，将钢水升温至1640-1680度时，使钢水静止1-2分钟，然后随时除去钢液表面的浮渣，直至达到1550-1610度的出炉温度，然后除去钢液表面的浮渣和除渣剂，保持炉内钢液的温度，加入占钢水总量的0.2%的神奇牌不锈钢精炼剂，并准备出钢。
10.根据权利要求3所述的一种耐热铸钢的制备方法，其特征在于：d步骤中，离心浇铸时将铸棒放入快熔感应炉进行熔化，钢液坠入模温为250-350℃，转速为700r/min的铸模内，经过转速调频器将转速调整到1000r/min，旋转2-3分钟后将铸件从铸模里面取出。
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