CN111004981A - 一种xl3303-33棒材及其生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种XL3303‑33棒材及其生产工艺,XL3303‑33棒材的化学组成及各成分的重量百分比含量为:C为0.15~0.25%,Si为2.0~3.5%,Mn为1.0~2.0%,P为≤0.04%,S为≤0.04%,Cr为21.0~28.0%,Ni为19.0~23.0%,Mo为2.3~4.0%,Cu为≤0.5%,Nb为1.2~3.0%,W为2.5~4.0%,N为0.1~0.3%,余量为铁。本发明的XL3303‑33棒材夹杂物少、高纯净度;强度高,抗氧化性能好。

Description

一种XL3303-33棒材及其生产工艺
技术领域
本发明涉及耐热合金技术领域,尤其涉及一种XL3303-33棒材及其生产工艺。
背景技术
商用的耐热合金,如德国的1.4848(GX40CrNiSi25-20)以及美国的ASTMA351(HK40)两个牌号的合金,主要含25wt%左右的Cr和20wt%左右的Ni,它们具有一定的强度。但还是足以满足各行业的使用需求,因为有的耐热合金,耐蚀性强但是却延展性不好;有的耐热合金,含铬量高,耐腐蚀性能与抗氧化性能均比较好,但机械性能与工艺性能较差,而综合性能好的不锈钢制造方法相对比较复杂,而且成本较高。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点,而提供一种XL3303-33棒材及其生产工艺,通过对合金成分、制造工艺进行优化,加工出的棒材夹杂物少、高纯净度;强度高,抗氧化性能好。
为实现上述目的,本发明提供一种XL3303-33棒材,该XL3303-33棒材的化学组成及各成分的重量百分比含量为:C为0.15~0.25%,Si为2.0~3.5%,Mn为1.0~2.0%,P为≤0.04%,S为≤0.04%,Cr为21.0~28.0%,Ni为19.0~23.0%,Mo为2.3~4.0%,Cu为≤0.5%,Nb为1.2~3.0%,W为2.5~4.0%,N为0.1~0.3%,余量为铁。
进一步地,该XL3303-33棒材的化学组成及各成分的重量百分比含量为:C为0.19%,Si为2.3%,Mn为1.2%,P为≤0.04%,S为≤0.04%,Cr为25%,Ni为20.5%,Mo为3.0%,Nb为1.6%,W为3.0%,N为0.15%,Al为0.2%,Ti为0.15%,B为0.008%,Mg为0.002%,余量为铁。
本发明还提供一种制备如上所述的XL3303-33棒材的生产工艺,该XL3303-33棒材的生产工艺包括以下步骤:
(1)中频冶炼:按照XL3303-33棒材的各成分的重量百分比选用Cr-Fe、Mo-Fe、Nb-Fe、N-Cr-Fe、W-Fe、Si-Fe、电解Mn、B-Fe、Ni-Mg、Ni以及冶金用碳放入中频炉冶炼,并浇注出炉;
(2)电渣重熔:渣系采用普通3:7渣系,执行电渣重熔工艺,得到电渣钢锭;
(3)锻造:将该电渣钢锭锻造成锻坯,锻造加热温度为1150~1200℃,终锻温度950℃,保温时间大于4h;
(4)超声检测;:对该锻坯进行超声检测;
(5)车加工:对超声检测后的锻坯进行车床加工,形成棒材成品;
(6)检验:包括尺寸、成分分析、夹杂物评定、热处理后的室温及高温力学性能以及抗氧化性能测试。表面质量打磨后应≤0.25mm,标识清晰。
进一步地,该棒材成品的尺寸为Φ157mm。
进一步地,该渣系采用提纯萤石。
进一步地,后期冶炼采用同钢种返回料,且返回比例≤40%。
进一步地,冶炼时原料加入顺序为:该返回料、Ni-Cr-Fe、Mo-Fe、Nb-Fe,后期加入N-Cr-Fe、Si-Fe、电解Mn、B-Fe、Ni-Mg、冶金用碳,且中频冶炼过程应避免钢水裸露。
进一步地,该步骤(1)中,脱氧剂采用:Si-Ca、Mn、碳、Al或Ti。
进一步地,该步骤(1)中,浇注时应先底吹氩,然后镇静后浇注,钢水补缩充分,且钢水凝固完成才可出模。
进一步地,步骤(2)中,该电渣钢锭的规格为800Kg,该电渣钢锭的尺寸为Φ340mm,且电压为55V,电流4000-7000A。
与现有技术相比,本发明的XL3303-33棒材夹杂物少、高纯净度;强度高,抗氧化性能好。
具体实施方式
为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解,兹配合实施例详细说明如下。
本发明提供一种XL3303-33棒材,该XL3303-33棒材的化学组成及各成分的重量百分比含量为:C为0.15~0.25%,Si为2.0~3.5%,Mn为1.0~2.0%,P为≤0.04%,S为≤0.04%,Cr为21.0~28.0%,Ni为19.0~23.0%,Mo为2.3~4.0%,Cu为≤0.5%,Nb为1.2~3.0%,W为2.5~4.0%,N为0.1~0.3%,余量为铁。其中,较佳地,该XL3303-33棒材的化学组成及各成分的重量百分比含量为:C为0.19%,Si为2.3%,Mn为1.2%,P为≤0.04%,S为≤0.04%,Cr为25%,Ni为20.5%,Mo为3.0%,Nb为1.6%,W为3.0%,N为0.15%,Al为0.2%,Ti为0.15%,B为0.008%,Mg为0.002%,余量为铁。
而且,上述C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、Nb、W、Al、Ti、B、Mg以及Fe元素的原料为Cr-Fe、Mo-Fe、Nb-Fe、N-Cr-Fe、W-Fe、Si-Fe、电解Mn、B-Fe、Ni-Mg、Ni以及冶金用碳。
本发明还提供一种制备如上所述的XL3303-33棒材的生产工艺,该XL3303-33棒材的生产工艺包括以下步骤:
(1)中频冶炼:按照XL3303-33棒材的各成分的重量百分比选用Cr-Fe、Mo-Fe、Nb-Fe、N-Cr-Fe、W-Fe、Si-Fe、电解Mn、B-Fe、Ni-Mg、Ni以及冶金用碳放入中频炉冶炼,并浇注出炉;在后期的冶炼中,还可以采用同钢种返回料,且返回比例≤40%。
而且,冶炼时原料加入顺序为:该返回料、Ni-Cr-Fe、Mo-Fe、Nb-Fe,后期加入N-Cr-Fe、Si-Fe、电解Mn、B-Fe、Ni-Mg、冶金用碳,且中频冶炼过程应避免钢水裸露。
且在冶炼过程中,脱氧剂采用:Si-Ca、Mn、碳、Al或Ti。
另外,冶炼过程成分应按要求控制,浇注时应先底吹氩,然后镇静后浇注,钢水补缩充分,出模前应确定钢水凝固完成才可出模。
(2)电渣重熔:渣系采用普通3:7渣系,执行电渣重熔工艺,得到电渣钢锭。其中,本实施例中,电渣钢锭的规格为800Kg,该电渣钢锭的尺寸为Φ340mm,且电压为55V,电流4000-7000A。另外,该渣系采用提纯萤石。
(3)锻造:将该电渣钢锭锻造成锻坯,锻造加热温度为1150~1200℃,终锻温度950℃,保温时间大于4h。
而且,锻造时,不得连击,较佳地,锻造采用二轻一重,二均匀操作法,即开始以较小的变形量进行轻击,等塑性提高后酌情重击,临近终锻温度时再轻击,变形要求均匀,避免在同一位置反复撞击。
(4)超声检测;:对该锻坯进行超声检测。
(5)车加工:对超声检测后的锻坯进行车床加工,形成尺寸为Φ157mm的棒材成品。
(6)检验:包括尺寸、表面质量、成分分析、夹杂物评定、热处理后的室温及高温力学性能以及抗氧化性能测试。
棒材中的合金元素非常重要,每种合金元素都有着各自的作用,具体作用如下:
C:碳在合金中与碳化物形成元素Ti、Cr、Fe都可以形成碳化物使钢的强度有所提高,尤其是奥氏体耐热钢,在冷却过程中组织中没有相变,强化方式除了固溶强化外还有碳化物强化,所以C含量对钢的强度和塑性影响很大。碳含量低,强度不足,碳含量过高,塑性不足,并且焊接性能不好。
Si:硅是耐热钢中抗高温腐蚀的有益元素,高温下,在含硅的耐热钢表面会形成一层保护性好的二氧化硅膜。当钢中含硅量达到1%时就有明显的抗氧化效果,但是硅含量过高则会降低合金的韧性和塑性。
Mn:Mn是钢中良好的脱氧剂和脱硫剂,Mn和Fe形成固溶体能够提高奥氏体的硬度和强度。但过量的Mn会降低成型性和焊接性。
Cr:Cr是耐热钢中重要的合金元素,钢中含有超过12%的Cr就会使钢具有良好的耐腐蚀性能。钢中的Cr在高温氧化过程中会与氧发生反应,在钢材的表面生成致密的Cr2O3薄膜,阻止氧与基体的进一步反应,起到抗氧化的作用,因此耐热钢中的Cr含量不宜太低。
P、S:磷(P)和硫(S)均为杂质元素,P元素在合金中不形成碳化物,易造成严重偏折,S元素在合金中也产生严重偏折,如果以熔点较低的FeS形成存在,将导致合金的热脆现象,必须严格控制合金中磷和硫含量。
Ni:镍在奥氏体耐热钢中起着调整相组成以及固溶强化的作用,在高Cr的耐热钢中为了保证得到奥氏体阻止,镍含量也要相应的提高。
Mo:Mo也是耐热钢中重要的一种元素,最早的耐热钢就是在太普通结构钢中计入Mo元素才具有了一定热强度。Mo的加入使得耐热钢在高温状态下Mo向碳化物迁移,会进一步提高钢的热强行。
Nb为1.6%:铌(Nb)与碳有很强的亲和力,由于铌的固定碳和沉淀硬化作用,可以提高合金的蠕变性能及强度,在奥氏体合金中,铌还可以防止氧化介质对合金的晶间腐蚀。
W:W可以作为结晶核心细化晶粒,同时,还可以起到固溶强化作用,进一步提高合金的强度。
N:N是强奥氏体形成元素,其作用与C类似,钢中加入一定量的N,可以提高钢的强度,同时可以降低Ni含量,起到节省Ni的作用。
Al:Al也是耐热钢中抗氧化的重要合金元素,含Al的耐热钢在其表面能形成一层保护性良好的Al2O3膜,起到良好的抗氧化作用,但钢中Al含量过高,会使得钢难于塑性加工和焊接。
下面结合具体实施例来对本发明进一步说明。
其中,下表1为本发明的实施例1-3的化学组成及各成分的重量百分比。
表1本发明实施例化学组成及各成分的重量百分比
单位:重量百分比(%)
C Si Mn P S Cr Ni Mo Cu Nb W N Al Ti B Mg
1 0.15 2.0 2.0 0.04 0.04 28 23 2.3 0.5 3.0 2.5 0.3 0 0 0 0
2 0.19 2.3 1.2 0.03 0.03 25 20.5 3.0 0.4 1.6 3.0 0.15 0.20 0.15 0.008 0.002
3 0.25 3.5 1.0 0.02 0.02 21 19 4.0 0.2 1.2 4.0 0.1 0.20 0.15 0.008 0.002
其中上述实施例1、2、3的XL3303-33棒材的生产工艺包括以下步骤:
(1)中频冶炼:按照XL3303-33棒材的各成分的重量百分比选用Cr-Fe、Mo-Fe、Nb-Fe、N-Cr-Fe、W-Fe、Si-Fe、电解Mn、B-Fe、Ni-Mg、Ni以及冶金用碳放入中频炉冶炼,并浇注出炉;在后期的冶炼中,还可以采用同钢种返回料,且返回比例≤40%。
而且,冶炼时原料加入顺序为:该返回料、Ni-Cr-Fe、Mo-Fe、Nb-Fe,后期加入N-Cr-Fe、Si-Fe、电解Mn、B-Fe、Ni-Mg、冶金用碳,且中频冶炼过程应避免钢水裸露。
且在冶炼过程中,脱氧剂采用:Si-Ca、Mn、碳、Al或Ti。
另外,冶炼过程成分应按要求控制,浇注时应先底吹氩,然后镇静后浇注,钢水补缩充分,出模前应确定钢水凝固完成才可出模。
(2)电渣重熔:渣系采用普通3:7渣系,执行电渣重熔工艺,得到电渣钢锭。其中,电渣钢锭的规格为800Kg,该电渣钢锭的尺寸为Φ340mm,且电压为55V,电流4000-7000A。且渣系采用提纯萤石。
(3)锻造:将该电渣钢锭锻造成锻坯,锻造加热温度为1150~1200℃,终锻温度950℃,保温时间大于4h。
(4)超声检测;对该锻坯进行超声检测。
(5)车加工:对超声检测后的锻坯进行车床加工,形成尺寸为Φ157mm的棒材成品。
(6)检验:包括尺寸、表面质量、成分分析、夹杂物评定、热处理后的室温及高温力学性能以及抗氧化性能测试。其中,检验结果请参见如下表2-表5。
表2本发明实施例夹杂物级别
如表2所示,本发明的棒材具有较高的纯净度。
表3本发明实施例的棒材的室温拉伸性能
Rm(MPa) Rp0.2(MPa) A(%) Z(%)
实施例1 801 630 43 65
实施例2 830 650 46 67
实施例3 780 590 44 63
其中,Rm-抗拉强度,材料(棒材)的强度指标;Rp0.2(MPa)-屈服强度,材料的强度指标;A-断后伸长率,材料的塑性指标;Z-断面收缩率,材料的塑性指标。从表3中可以看出,本发明的棒材,在室温具有较高的强度以及很好的塑性性能。
表4本发明实施例的棒材的高温(900℃)拉伸性能
Rm(MPa) Rp0.2(MPa) A(%) Z(%)
实施例1 270 156 72 83
实施例2 298 189 78 89
实施例3 280 170 74 85
表5本发明的实施例的棒材的抗氧化性能以及表面质量
900℃氧化速率g/(m<sup>2</sup>h) 表面质量,打磨后划痕深度
实施例1 0.13 ≤0.25mm,且标识清楚
实施例2 0.12 ≤0.25mm,且标识清楚
实施例3 0.32 ≤0.25mm,且标识清楚
由表4和表5中可知,本发明制造的奥氏体耐热钢的表面质量良好,均没有起皮缺陷,同时具有优异的抗氧化性(根据抗氧化性标准,氧化速率介于0.1~1.0g/m2h之间的均为较好的抗氧化性)和良好的高温强度,具体性能如下:900℃下氧化速率为0.1~0.4g/m2h,900℃下的屈服强度≥156MPa,900℃下的抗拉强度≥270MPa,具有优异的抗氧化性和良好的高温强度。
而且,本发明制造的奥氏体耐热钢表面质量良好,打磨后划痕深度均≤0.25mm,且标识清楚。
本发明已由上述相关实施例加以描述,然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是,已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地,在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰,均属本发明的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种XL3303-33棒材,其特征在于,该XL3303-33棒材的化学组成及各成分的重量百分比含量为:C为0.15~0.25%,Si为2.0~3.5%,Mn为1.0~2.0%,P为≤0.04%,S为≤0.04%,Cr为21.0~28.0%,Ni为19.0~23.0%,Mo为2.3~4.0%,Cu为≤0.5%,Nb为1.2~3.0%,W为2.5~4.0%,N为0.1~0.3%,余量为铁。
2.如权利要求1所述的XL3303-33棒材,其特征在于,该XL3303-33棒材的化学组成及各成分的重量百分比含量为: C为0.19%,Si为2.3%,Mn为1.2%,P为≤0.04%,S为≤0.04%,Cr为25%,Ni为20.5%,Mo为3.0%,Nb为1.6%,W为3.0%,N为0.15%, Al为0.2%,Ti为0.15%,B为0.008%,Mg为0.002%,余量为铁。
3.一种制备如权利要求1-2中任意一项所述的XL3303-33棒材的生产工艺,其特征在于,该XL3303-33棒材的生产工艺包括以下步骤:
(1)中频冶炼:按照XL3303-33棒材的各成分的重量百分比选用Cr-Fe、Mo-Fe、Nb-Fe、N-Cr-Fe、W-Fe、Si-Fe、电解Mn、B-Fe、Ni-Mg、Ni以及冶金用碳放入中频炉冶炼,并浇注出炉;
(2)电渣重熔:渣系采用普通3:7渣系,执行电渣重熔工艺,得到电渣钢锭;
(3)锻造:将该电渣钢锭锻造成锻坯,锻造加热温度为1150~1200℃,终锻温度950℃,保温时间大于4h;
(4)超声检测;:对该锻坯进行超声检测;
(5)车加工:对超声检测后的锻坯进行车床加工,形成棒材成品;
(6)检验:包括尺寸、成分分析、夹杂物评定、热处理后的室温及高温力学性能以及抗氧化性能测试,
表面质量打磨后应≤0.25mm,标识清晰。
4.如权利要求3所述的一种XL3303-33棒材的生产工艺,其特征在于,该棒材成品的尺寸为Φ157mm。
5.如权利要求3所述的一种XL3303-33棒材的生产工艺,其特征在于,该渣系采用提纯萤石。
6.如权利要求3所述的一种XL3303-33棒材的生产工艺,其特征在于,后期冶炼采用同钢种返回料,且返回比例≤40%。
7.如权利要求6所述的一种XL3303-33棒材的生产工艺,其特征在于,冶炼时原料加入顺序为:该返回料、Ni-Cr-Fe、Mo-Fe、Nb-Fe,后期加入N-Cr-Fe、Si-Fe、电解Mn、B-Fe、Ni-Mg、冶金用碳,且中频冶炼过程应避免钢水裸露。
8.如权利要求3所述的一种XL3303-33棒材的生产工艺,其特征在于,该步骤(1)中,脱氧剂采用:Si-Ca、Mn、碳、Al或Ti。
9.如权利要求3所述的一种XL3303-33棒材的生产工艺,其特征在于,该步骤(1)中,浇注时应先底吹氩,然后镇静后浇注,钢水补缩充分,且钢水凝固完成才可出模。
10.如权利要求3所述的一种XL3303-33棒材的生产工艺,其特征在于,步骤(2)中,该电渣钢锭的规格为800Kg,该电渣钢锭的尺寸为Φ340mm,且电压为55V,电流4000-7000A。
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