CN109957723B

CN109957723B - 一种低成本、抗氧化炉用耐热钢

Info

Publication number: CN109957723B
Application number: CN201910313209.6A
Authority: CN
Inventors: 史有森; 郑长天; 王琴; 张陕南; 汪涛
Original assignee: Jiangsu Fengdong Heat Treatment And Surface Modification Engineering Technology Research Co ltd; Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Current assignee: Jiangsu Fengdong Heat Treatment And Surface Modification Engineering Technology Research Co ltd; Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date: 2019-04-18
Filing date: 2019-04-18
Publication date: 2020-12-25
Anticipated expiration: 2039-04-18
Also published as: CN109957723A

Abstract

本发明涉及一种低成本、抗氧化炉用耐热钢，其组分的质量百分比为：C 0.04～0.06％，Cr 21.0～26.0％，Mn 8.0～13.0％，Ni 9.0～12.0％，Si 0.8～1.2％，N 0.4～0.7％，Al 0.1～0.6％，余量为Fe。耐热钢的制备：先对原材料进行初炼，然后重熔精炼，最后浇注成型；初炼温度控制在1560‑1630℃，时间控制在1‑2小时，精炼温度控制在1550‑1610℃，时间控制在2‑4小时。本发明的耐热钢组织均匀，成本低廉，熔炼方便，抗高温氧化能力优异，使用寿命长，满足900‑1100℃的复杂工况使用，可用于制备电炉、热处理炉、锅炉等耐热构件，应用前景广阔。

Description

一种低成本、抗氧化炉用耐热钢

技术领域

本发明属于耐高温金属材料技术领域，涉及一种炉用耐热钢构件的研发制备，特别是涉及一种900～1100℃使用的新型低成本、抗氧化炉用耐热钢。

背景技术

耐热钢是高温热处理炉内构件等关键组成材料，其需求量随着当今机械制造行业快速发展而急剧扩大。我国是镍资源匮乏的国家之一，红土镍矿作为耐热钢主要制作原料，每年大量依赖进口。因此镍资源的缺货、断货将会直接导致镍价的大幅度波动，最终导致耐热不锈钢的价格波动，影响企业生产制造。

国外目前通用的耐热钢主要是在310不锈钢(2520钢)基础上衍生的耐热钢，如25Cr-20NiNbN(HR3C)、Cr20Ni25MoNbTi、Cr22Ni15NbN耐热钢，具有较高合金化程度，性能优异，但是镍含量居高不下，价格昂贵；多年来国内主流使用无镍钢Cr-Mn-N系列，不含镍元素，虽然成本大大降低，但最佳服役温度在700℃左右，而退火炉，正火炉等热处理设备需要在900℃服役，因此使用寿命很低，不能满足热处理炉等复杂工况的长期使用。

发明内容

本发明的目的在于针对目前国内市场上通用耐热钢高温性能欠佳、国外耐热钢过分依赖镍元素、成本偏高的问题，提供一种低成本、抗氧化炉用耐热钢。

为实现本发明的目的提供以下技术方案：

一种低成本、抗氧化炉用耐热钢，其组分的质量百分比为：C 0.04～0.06％，Cr21.0～26.0％，Mn 8.0～13.0％，Ni 9.0～12.0％，Si 0.8～1.2％，N 0.4～0.7％，Al 0.1～0.6％，余量为Fe。

进一步，所述耐热钢组分的质量百分比为：C 0.05％，Cr 23.0％，Mn 12.0％，Ni10.0％，Si 1.1％，N 0.6％，Al 0.4％，余量为Fe。

上述耐热钢的制备方法：先对原材料进行初炼，然后重熔精炼，最后浇注成型；初炼温度控制在1560-1630℃，时间控制在1-2小时，精炼温度控制在1550-1610℃，时间控制在2-4小时。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明提供了一种低成本、抗氧化炉用耐热钢，所述耐热钢组织均匀，成本较低，抗氧化性能优异，满足900-1100℃的复杂工况使用，可用于制备热处理炉、锅炉等构件；特别是所述耐热钢元素质量百分比为C：0.05％；Cr：23.0％；Mn：12.0％；Ni：10.0％；Si：1.1％；N：0.6％；Al：0.4％，余量为Fe时，所得耐热钢的镍含量仅为现有牌号高镍钢06Cr25Ni20的50％，大大降低了成本，在1000℃大气环境循环间歇氧化40h实验中，平均氧化速率为0.12g·m^-2·h^-1，与现有牌号高镍钢06Cr25Ni20氧化速率基本相当，仅为现有牌号低镍耐热钢22Cr20Mn10Ni2Si2N的57.1％，抗高温氧化性能优异。

附图说明

图1为实施例1的耐热钢退火态的金相组织图；

图2为实施例2的耐热钢合金退火态的的金相组织图；

图3为实施例3的耐热钢退火态的的金相组织图；

图4为实施例1-3的耐热钢的抗高温氧化性能的测试结果。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种低成本、抗氧化炉用耐热钢，其组分的质量百分比为：C 0.05％，Cr 22.0％，Mn 11.0％，Ni 10.0％，Si 1.0％，N 0.5％，Al 0.5％，余量为Fe。

耐热钢的制备方法：按质量百分比称取原材料，先采用真空感应炉对原材料进行初炼，初炼温度1560℃，时间为2小时，然后重熔精炼，精炼温度为1550℃，时间为4小时，最后浇注成型。

图1为实施例1的耐热钢退火态的金相组织图，可以看出是明显的奥氏体组织，并且出现颗粒状碳化物分布在基体上。

实施例2

一种低成本、抗氧化炉用耐热钢，其组分的质量百分比为：C 0.05％，Cr 24.0％，Mn 9.0％，Ni 11.0％，Si 0.9％，N 0.6％，Al 0.2％，余量为Fe。

耐热钢的制备方法：按质量百分比称取原材料，先采用真空感应炉对原材料进行初炼，初炼温度1600℃，时间为1.5小时，然后重熔精炼，精炼温度为1580℃，时间为3小时，最后浇注成型。

图2为实施例2的耐热钢合金退火态的的金相组织图，可以看出是明显的奥氏体组织，并且出现颗粒状碳化物分布在基体上。

实施例3

一种低成本、抗氧化炉用耐热钢，其组分的质量百分比为：C 0.05％，Cr 23.0％，Mn 12.0％，Ni 10.0％，Si 1.1％，N 0.6％，Al 0.4％，余量为Fe。

耐热钢的制备方法：按质量百分比称取原材料，先采用真空感应炉对原材料进行初炼，初炼温度1630℃，时间为1小时，然后重熔精炼，精炼温度为1610℃，时间为2小时，最后浇注成型。

图3为实施例3的耐热钢退火态的的金相组织图，可以看出晶界明显的奥氏体组织，并且出现类似于碳化物的颗粒分布在基体上。

抗高温氧化性能测试：

将实施例1-3的耐热钢进行抗高温氧化性能测试，并与现有牌号低镍耐热钢22Cr20Mn10Ni2Si2N、现有牌号高镍钢06Cr25Ni20进行对比，具体测试方法根据HB5258-2000《钢及高温合金的抗氧化性测定试验方法》，在SJF1600升降炉中进行，采用的是1000℃高温间歇不连续氧化40h的实验方式，并采用增重法进行氧化称重记录。

测试结果见图4，由图4可以看出，实施例1的耐热钢平均氧化速率为0.125g·m^-2·h^-1，实施例2的耐热钢平均氧化速率为0.135g·m^-2·h^-1，实施例3的耐热钢平均氧化速率为0.12g·m^-2·h^-1，低镍耐热钢22Cr20Mn10Ni2Si2N平均氧化速率为0.21g·m^-2·h^-1，高镍钢06Cr25Ni20的平均氧化速率为0.11g·m^-2·h^-1，这说明了新设计的耐热钢抗高温氧化性能较低镍钢有明显大幅度的提高，与高镍钢相比，抗高温氧化性能基本相当，但大大降低了Ni含量，有效降低了材料成本，具有广阔的应用前景。

Claims

1.一种低成本、抗氧化炉用耐热钢，其特征在于，所述耐热钢的组分的质量百分比为：C0.04～0.06％，Cr 21.0～26.0％，Mn 8.0～13.0％，Ni 9.0～12.0％，Si 0.8～1.2％，N0.4～0.7％，Al 0.1～0.6％，余量为Fe。

2.如权利要求1所述低成本、抗氧化炉用耐热钢，其特征在于，所述耐热钢的组分的质量百分比为：C 0.05％，Cr 23.0％，Mn 12.0％，Ni 10.0％，Si 1.1％，N 0.6％，Al 0.4％，余量为Fe。