CN106544601A - 多性能耐高温系列铸钢 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多性能耐高温系列铸钢。提供了一种在500℃‑1200℃范围内通过调整元素成份含量适应不同温度的高温铸钢，有良好的抗氧化性、抗蠕变型，金相组织为奥氏体+铁素体+碳化物硬质点。各元素以质量百分比计，C:0.2‑0.3,Si:0.5‑1.5,Mn:1‑2,Cr:18‑26,Ni:8‑16,W:0.3‑3,Mo:0.3‑3,Ti:0.028‑0.4,Ce+La:0.048‑0.058,P：0‑0.035，S:0‑0.03，其余为Fe以及不可避免的杂质。

Description

多性能耐高温系列铸钢
技术领域
本发明涉及金属材料领域，具体是一种针对不同温度下抗蠕变断裂的多性能耐高温系列铸钢。
背景技术
国内外使用的耐热钢主要用于建材、冶金、电力、化工、热处理等重大设备的关键工作部件，要求部件能耐高温、抗氧化、抗蠕变、抗热冲击、承受剧烈磨损，国内外现有钢种在1150℃范围内大量采用了Cr25Ni13、Cr20Ni14Si2等钢种其含镍量较高，价格较贵，为了节镍，国内也展开铝锰型等耐热钢的研究，但由于钢种中含锰较高、抗氧化性能较差，且长时间高温时效和使用后脆性倾向也比较严重，影响了钢的使用效果，限制了其使用范围，且根据用户需要的耐热性能不同，使用温度段不同，不可同一个钢号满足各个行业上对钢种性能的需求，如Cr25Ni20奥氏体耐热钢抗高温氧化1100℃，但是用在650℃时候十分容易断裂，这是因为碳铬分离，产生脆裂相的原因。
发明内容
为解决北京技术中存在的问题，本发明提出了一种可针对不同温度环境通过调整元素质量配比，适应温度500℃-1200℃的，不产生脆裂相，含镍量低、抗氧化、抗蠕变、抗磨损的多性能耐高温系列铸钢。
技术方案：一种多性能耐高温系列铸钢，成份按照质量％计:
C:0.2-0.3,Si:0.5-1.5,Mn:1-2,Cr:18-26,Ni:8-16,W:0.3-3,Mo:0.3-3,Ti:0.28-0.4,Ce+La:0.048-0.058,P：0-0.035，S:0-0.03，其余为Fe以及不可避免的杂质；
进一步的，成份按照质量％计：
C：0.2-0.3，Si:0.5-1.5，Mn:1-2,Cr:25-26,Ni:15-16,W:1.8-2.2,Mo:1.8-2.2,Ti:0.28-0.4,Ce+La:0.048-0.058,P：0-0.035，S：0-0.03，其余为Fe以及不可避免的杂质，使用温度在1000℃-1200℃。
进一步的，其成份按照质量％计：
C：0.2-0.3，Si:0.5-1.5，Mn:1-2,Cr:23-24,Ni:14-15,W:0.8-1.2,Mo:0.8-1.2,Ti:0.28-0.4,Ce+La:0.048-0.058,P：0-0.035，S：0-0.03，其余为Fe以及不可避免的杂质，使用温度在900℃-1100℃。
进一步的，其成份按照质量％计：
C：0.2-0.3，Si:0.5-1.5，Mn:1-2,Cr:20-21,Ni:10-12,W:0.6-0.8,Mo:0.6-0.8,Ti:0.28-0.4,Ce+La:0.048-0.058,P：0-0.035，S：0-0.03，其余为Fe以及不可避免的杂质，使用温度在860℃-1000℃。
进一步的，其成份按照质量％计：
C：0.2-0.3，Si:0.5-1.5，Mn:1-2,Cr:17-18,Ni:8-9,W:0.3-0.4,Mo:0.3-0.4,Ti:0.28-0.4,Ce+La:0.048-0.058,P：0-0.035，S：0-0.03，其余为Fe以及不可避免的杂质，使用温度在500℃-900℃。
进一步的，其成份按照质量％计：
C：0.25，Si:0.8，Mn:1.2,Cr:25.5,Ni:16,W:2,Mo:2,Ti:0.3,Ce+La:0.055,P：0-0.035，S：0-0.03，其余为Fe以及不可避免的杂质，使用温度在1000℃-1200℃。
进一步的，其成份按照质量％计：
C：0.25，Si:0.8，Mn:1.2,Cr:24,Ni:14,W:1,Mo:1,Ti:0.3,Ce+La:0.055,P：0-0.035，S：0-0.03，其余为Fe以及不可避免的杂质，使用温度在900℃-1100℃。
进一步的，其成份按照质量％计：
C：0.25，Si:0.8，Mn:1,Cr:21,Ni:12,W:0.8,Mo:0.8,Ti:0.3,Ce+La:0.055,P：0-0.035，S：0-0.03，其余为Fe以及不可避免的杂质，使用温度在860℃-1000℃。
进一步的，其成份按照质量％计：
C：0.25，Si:0.8，Mn:1,Cr:18,Ni:8,W:0.3,Mo:0.3,Ti:0.3,Ce+La:0.055,P：0-0.035，S：0-0.03，其余为Fe以及不可避免的杂质，使用温度在500℃-900℃。
有益效果：通过采用本发明的技术方案，在钢的成份中增加W、Mo、Ti、Ce+La减少钢中镍含量，节镍效果明显，成本低廉，各个元素在钢种中的含量可针对不同的使用温度进行适应性的调整，适应温度范围为500℃-1200℃，具有含镍量低、抗氧化、抗蠕变、抗磨损的性能。
具体实施方式
下面对本发明做进一步说明。
一种多性能耐高温系列铸钢，成份按照质量％计:
C:0.2-0.3,Si:0.5-1.5,Mn:1-2,Cr:18-26,Ni:8-16,W:0.3-3,Mo:0.3-3,Ti:0.028-0.4,Ce+La:0.048-0.058,P：0-0.035，S:0-0.03，其余为Fe以及不可避免的杂质。
本发明采用碱性感应炉熔炼，不进行氧化期，熔清后扒掉氧化渣，直接进入还原期，出钢温度1540℃，出钢前加入稀土包内插熔，造型用潮膜，水玻璃砂，二氧化碳吹干出砂，温度小于300℃清砂后合格成型，不做热处理。
C,碳，是促成奥氏体的元素，能强化基体，抗蠕变，高温下有碳化物析出，必须添加化合碳化物的元素，本发明加入了W、Mo、Ti元素使之变相能增加其使用性能，本发明金相组织为奥氏体+铁素体+碳化物硬质点。
Si，硅，熔点1415℃，使用量以质量计0.5-1.5％，硅是促成铁素体的元素，硅抗氧化的温度是小于1050℃，因超过时硅的氧化膜大部已经破裂，硅不能提高热强性，超过1100℃的耐热钢，硅起到脱氧的作用；
Mn，锰，熔点1314℃，使用量以质量计1-2％，锰是促成奥氏体的元素，对抗氧化不明显，含锰的耐热钢在900℃以下使用会产生相即脆裂相，也具有沉淀脱氧作用。
Cr，铬，熔点1903℃，使用量以质量计18-26％，铬是形成铁素体的元素，也是抗氧化的主要元素，铬的氧化膜超过1150℃就不起作用，为此耐热钢的抗氧化温度超过1150℃必须加进一些高温金属元素，铬形成铁素体的部分有效的抗硫气侵蚀提高耐磨性。
Ni，镍，熔点1452℃，使用量以质量计8-16％镍是促成奥氏体的元素，在本发明中不是抗氧化的主要元素，加入镍的目的是为了提高常温下的抗冲击韧性，改善焊接性能，改善冷热循环脆性和冷热疲劳，镍不能改变蠕变，过多的镍会使得蠕变增大。
W，钨，熔点3380℃，使用量以质量计0.3-3％，钨是强化铁素体的元素，钨能提高再结晶耐热度，稳定他碳化物和中间化产物，产生弥散强化，改善奥氏体的高温蠕变，提高热疲劳和热强性，更具有耐蚀性以及抗热磨耗性能。
Mo，钼，熔点2610℃，使用量以质量计，0.3-3％，钼可强化铁素体，也能强化基体，与钨、钛配合，可提高热强性，提高冷热循环次数，提高热冲击和热磨耗，改善热裂。
Ti，钛，熔点1690℃，使用量以质量计0.3-0.4％，钛是改变碳化物形状的有效元素，有良好的脱氧性，促进结晶细小的致密性，能改变铁素体中网状碳化物，改善热裂，钛和碳化物结合后形成碳化钛硬质点,(抗热2800℃)，提高热磨热改善性、抗冲击性以及焊接性。
Ce+La，铈+镧，平均熔点900℃，使用量以质量计0.048-0.058％，钛和稀土元素的加入，成分％是收得率为准，是在熔炼工艺配合下收得的量，稀土元素提高抗氧化性，提高铸态持久强度，改善热裂，能使得氧化膜致密牢固，能清出硅酸盐夹杂物，净化钢水和加强脱氧能力，控制离子在氧化膜中的扩散，形成更加致密的晶体结构。
实施例1，成份按照质量％计：
C：0.2-0.3，Si:0.5-1.5，Mn:1-2,Cr:25-26,Ni:15-16,W:1.8-2.2,Mo:1.8-2.2,Ti:0.28-0.4,Ce+La:0.048-0.058,P：0-0.035，S：0-0.03，其余为Fe以及不可避免的杂质；
优选的，各个成分具体的质量比例为：
C：0.25，Si:0.8，Mn:1.2,Cr:25.5,Ni:16,W:2,Mo:2,Ti:0.3,Ce+La:0.055,P：0-0.035，S：0-0.03，其余为Fe以及不可避免的杂质，使用温度在1000℃-1200℃；
连续实验100小时，其高温性能如表1所示：
表1
连续实验100小时，实施例2，其成份按照质量％计：
C：0.2-0.3，Si:0.5-1.5，Mn:1-2,Cr:23-24,Ni:14-15,W:0.8-1.2,Mo:0.8-1.2,Ti:0.28-0.4,Ce+La:0.048-0.058,P：0-0.035，S：0-0.03，其余为Fe以及不可避免的杂质，
优选的，各个成分具体质量比例为：
C：0.25，Si:0.8，Mn:1.2,Cr:24,Ni:14,W:1,Mo:1,Ti:0.3,Ce+La:0.055,P：0-0.035，S：0-0.03，其余为Fe以及不可避免的杂质，使用温度在900℃-1100℃，其余为Fe以及不可避免的杂质，使用温度在900℃-1100℃；
连续实验100小时，其高温性能如表2所示：
表2
实施例3，其成份按照质量％计：
C：0.2-0.3，Si:0.5-1.5，Mn:1-2,Cr:20-21,Ni:10-12,W:0.4-0.6,Mo:0.4-0.6,Ti:0.28-0.4,Ce+La:0.048-0.058,P：0-0.035，S：0-0.03，其余为Fe以及不可避免的杂质，使用温度在860℃-1000℃；
优选的，各个成分具体质量比例为：
C：0.25，Si:0.8，Mn:1,Cr:21,Ni:12,W:0.8,Mo:0.8,Ti:0.3,Ce+La:0.055,P：0-0.035，S：0-0.03，其余为Fe以及不可避免的杂质，使用温度在860℃-1000℃；
连续实验100小时，其高温性能如表3所示：
表3
实施例4，其成份按照质量％计：
C：0.2-0.3，Si:0.5-1.5，Mn:1-2,Cr:17-18,Ni:8-9,W:0.3-0.4,Mo:0.3-0.4,Ti:0.28-0.4,Ce+La:0.048-0.058,P：0-0.035，S：0-0.03，其余为Fe以及不可避免的杂质，使用温度在500℃-900℃；
优选的，各个成分具体质量比例为：
C：0.25，Si:0.8，Mn:1,Cr:18,Ni:8,W:0.3,Mo:0.3,Ti:0.3,Ce+La:0.055,P：0-0.035，S：0-0.03，其余为Fe以及不可避免的杂质，使用温度在500℃-900℃；
连续实验100小时，其高温性能如表4所示：
表4
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种多性能耐高温系列铸钢，其特征在于：成份按照质量%计，C：0.2-0.3，Si:0.5-1.5,Mn:1-2,Cr:18-26,Ni:8-16,W:0.3-3,Mo:0.3-3,Ti:0.28-0.4,Ce+La:0.048-0.058,P：0-0.035，S：0-0.03，其余为Fe以及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的多性能耐高温系列铸钢，其特征在于：其成份按照质量%计，C：0.2-0.3，Si:0.5-1.5，Mn:1-2, Cr:2-26,Ni:15-16,W:1.8-2.2, Mo:1.8-2.2,Ti:0.28-0.4, Ce+La:0.048-0.058,P：0-0.035，S：0-0.03，其余为Fe以及不可避免的杂质，使用温度在1000℃-1200℃。
3.根据权利要求1所述的多性能耐高温系列铸钢，其特征在于：其成份按照质量%计，C：0.2-0.3，Si:0.5-1.5，Mn:1-2, Cr:23-24,Ni:14-15,W:0.8-1.2, Mo:0.8-1.2,Ti:0.28-0.4, Ce+La:0.048-0.058,P：0-0.035，S：0-0.03，其余为Fe以及不可避免的杂质，使用温度在900℃-1100℃。
4.根据权利要求1所述的多性能耐高温系列铸钢，其特征在于：其成份按照质量%计，C：0.2-0.3，Si:0.5-1.5，Mn:1-2, Cr:20-21,Ni:10-12,W:0.6-0.8, Mo:0.6-0.8,Ti:0.28-0.4, Ce+La:0.048-0.058,P：0-0.035，S：0-0.03，其余为Fe以及不可避免的杂质，使用温度在860℃-1000℃。
5.根据权利要求1所述的多性能耐高温系列铸钢，其特征在于：其成份按照质量%计，C：0.2-0.3，Si:0.5-1.5，Mn:1-2, Cr:17-18,Ni:8-9,W:0.3-0.4, Mo:0.3-0.4,Ti:0.28-0.4,Ce+La:0.048-0.058,P：0-0.035，S：0-0.03，其余为Fe以及不可避免的杂质，使用温度在500℃-900℃。
6.根据权利要求2所述的多性能耐高温系列铸钢，其特征在于：其成份按照质量%计，C：0.25，Si:0.8，Mn:1.2,Cr:25.5,Ni:16,W:2,Mo:2,Ti:0.3, Ce+La:0.055,P：0-0.035，S：0-0.03，其余为Fe以及不可避免的杂质，使用温度在1000℃-1200℃。
7.根据权利要求3所述的多性能耐高温系列铸钢，其特征在于：其成份按照质量%计，C：0.25，Si:0.8，Mn:1.2, Cr:24,Ni:14,W:1, Mo:1,Ti:0.3, Ce+La:0.055,P：0-0.035，S：0-0.03，其余为Fe以及不可避免的杂质，使用温度在900℃-1100℃。
8.根据权利要求4所述的多性能耐高温系列铸钢，其特征在于：其成份按照质量%计，C：0.25，Si:0.8，Mn:1, Cr:21,Ni:12,W:0.8, Mo:0.8,Ti:0.3, Ce+La:0.055,P：0-0.035，S：0-0.03，其余为Fe以及不可避免的杂质，使用温度在860℃-1000℃。
9.根据权利要求5所述的多性能耐高温系列铸钢，其特征在于：其成份按照质量%计，C：0.25，Si:0.8，Mn:1, Cr:18,Ni:8,W:0.3, Mo:0.3,Ti:0.3, Ce+La:0.055,P：0-0.035，S：0-0.03，其余为Fe以及不可避免的杂质，使用温度在500℃-900℃。
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