CN111534755A - 一种耐高温无水冷辊及其制备方法 - Google Patents

一种耐高温无水冷辊及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐高温无水冷辊及其制备方法，一种耐高温无水冷辊，按重量百分比：C0.3‑0.5，Si0.5‑0.8，Mn0.2‑0.4，Ni0.5‑1.5，Cr30‑31，Mo2.1‑2.3，V0.15‑0.3，Al4.5‑6.0，W1.3‑1.8，Ti0.1‑0.2，Nb0.15‑0.2，N0.08‑0.15，余量为Fe及其他不可避免地杂质元素。一种耐高温无水冷辊的制备方法，包括以下步骤：冶炼→铸造→加热保温→锻造→轧制→固溶→机加工→探伤→检测→清洗→入库。本发明能够显著提高无水冷辊的耐高温性能，性价比高，能够有效防止氧化积瘤。

Description

一种耐高温无水冷辊及其制备方法
技术领域
本发明涉及冶金领域，具体为一种耐高温无水冷辊及其制备方法。
背景技术
众所周知，在钢铁冶金领域，连续加热的辊底式炉是各类板材、管材、棒材及长型材进行热处理的主要工业炉型，辊底式炉中的炉辊是炉子构造中的关键配置结构件，其造价占整体费用的20％-30％，而且它承负着炉料的载荷，在高温加热环境中负责炉料的穿炉输送任务，属于易耗件。目前，炉辊主要有两种结构形式：一是具有水冷结构的炉辊，其原理是在辊身内置芯管，在芯管通水达到冷却的效果；二是无水冷炉辊，无需内置水冷结构；现有技术大多数辊底式炉采用无水冷炉辊，但无水冷辊对材料要求较高，因为主要是通过改变材质来改善炉辊的性能。目前，市场上生产炉辊的材料常用的牌号有ZG40Cr25Ni20Si2、ZG40Ni35Cr26Si2和ZNiCr28Fe17W5Si2C0.4等，或者是如CN201410266186.5所述的一种耐热炉辊用高温合金及热处理炉用耐热炉辊，以上材料都有缺点：常用的牌号所制的无水冷辊，在温度接近1200℃时，容易出现粘钢、积瘤的问题；CN201410266186.5所述的一种耐热炉辊用高温合金及热处理炉用耐热炉辊中Co的含量达到了11％-15％，并且还添加了稀土金属Ce0.02％～0.2％，以上金属都属于稀有贵重金属，性价比较低，冶炼成本也较高，最终导致无水冷辊成本过高。
发明内容
本发明提供了一种耐高温无水冷辊及其制备方法以解决无水冷辊粘钢问题严重、无水冷辊材料性价比低的技术难题。
为实现上述目的，一方面，本发明提供了一种耐高温无水冷辊，按重量百分比：C0.3-0.5，Si0.5-0.8，Mn0.2-0.4，Ni0.5-1.5，Cr30-31，Mo2.1-2.3，V0.15-0.3，Al4.5-6.0，W1.3-1.8，Ti0.1-0.2，Nb0.15-0.2，N0.08-0.15，
余量为Fe及其他不可避免地杂质元素。
另一方面，本发明还提供了前述耐高温无水冷辊的制备方法，包括以下步骤：
1)冶炼：将硅铁、电解锰、镍、微碳铬铁、钼铁、钒、铁、铝、钨铁、钛铁、铌铁、氮化铬铁、A3废料，经中频感应炉熔炼，经过直读光谱仪测量各元素含量合格后出钢液；
2)铸造：对钢液进行离心铸造加工得到铸锭；
2)加热保温：将铸锭在加热炉中加热至1200℃，并保温6个小时；
3)锻造：将铸锭经过快锻机锻造为圆钢坯，所述快锻机锻造的开锻温度1150-1200℃，终锻温度不低于850-900℃，回炉加热保温时间不小于90分钟；
4)轧制：对圆钢坯进行轧制，加热温度为1050℃，保温时间为3小时。
5)固溶：对圆钢坯进行固溶热处理，将圆钢坯加热至1050～1150℃，加热保温时间为1.2min/mm，冷却方式为水冷；
6)机加工：按图纸对圆钢坯进行机加工，制成无水冷辊；
7)探伤：对无水冷辊内外表面进行超声波探伤；
8)检测：对无水冷辊进行力学性能和组织检测；
9)清洗：对无水冷辊进行清洗；
10)入库：对无水冷辊进行包装并标识后入库。
本发明的有益效果：1)本发明中的钼能够提高合金的抗蠕变强度，碳、锰、镍、铬、钨和铌能显著提高合金的高温强度，铬能使得合金的耐磨性更好，铝和硅能改善合金的加工性能，铬、镍和铌能提高合金的耐腐蚀性，铬合金还能防止渗氮和碳化，本发明在提高了抗氧化积瘤和抗粘连性能的同时也提高了高温强度和耐腐蚀性，并且大幅地降低了制造成本；2)本发明的制备方法能够提升无水冷辊的强度和耐高温性。
附图说明
图1为本发明实施例中一种耐高温无水冷辊的制备方法的实施流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种耐高温无水冷辊，按重量百分比：C0.3-0.5，Si0.5-0.8，Mn0.2-0.4，Ni0.5-1.5，Cr30-31，Mo2.1-2.3，V0.15-0.3，Al4.5-6.0，W1.3-1.8，Ti0.1-0.2，Nb0.15-0.2，N0.08-0.15，余量为Fe及其他不可避免地杂质元素。
本发明的奥氏体不锈钢密无缝钢管的各元素按照上述比例进行组合之后各元素之间具有协同效果，具体如下：
碳能提高合金强度，提高合金的高温强度，在本发明中，碳含量为0.3-0.5％，显著提高耐高温无水冷辊的强度。
硅在炼钢过程中作为还原剂和脱氧剂，如果Si的含量不小于0.5时，硅成为合金元素，能显著提高钢的弹性极限，与铬、钨等结合能提高抗腐蚀性和抗氧化性能，并且适量的硅能加钢的强度和硬度，但是过量的硅会使钢中的柱状晶成长，降低塑性和韧性，在本发明中，硅含量控制在0.5-0.8％，能够提高合金的力学性能，又不会降低其塑性和韧性。
锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，能消除或减弱由硫引起的钢的热脆性，从而改善钢的热加工性能，并且能与铁形成固溶体，提高合金的硬度和强度，但是锰含量过大会使合金的热导率下降，线胀系数上升，快速受热或冷却时，工件开裂倾向增大，在本发明中，锰的含量控制0.2-0.4％，在提高合金的热加工性能、合金的强大和硬度的同时，也不会使得合金的热导率过低，导致合金开裂倾向增大。
镍能提高合金的强度和抗氧化性能，又能使得合金保持良好的塑性，具有一定的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力，但是过量的镍会使合金的热脆性增加，而且镍我国较少，价钱较高，在本发明中，镍元素含量控制在0.5-1.5％，不会导致成本过高，并且能够提高合金的物理性能。
铬不仅能够提高合金的耐腐蚀性，还能显著提高强度、硬度、耐磨性和耐热性，但同时也会降低塑性和韧性，含量过高使得回火脆性倾向增大，在本发明中，铬的含量控制在30-31％，在显著提高合金的耐腐蚀性、提高强度、硬度、耐磨性和耐热性同时，避免回火脆性的发生。
钼元素和钨元素结合有固溶强化的作用，能使钢晶粒细化，提高合金的热强性和淬透性，防止高温合金产生粘连，在高温时，还能提高合金的抗蠕变性能，在本发明中，钼的含量为2.1-2.3％。
钒能细化钢的组织和晶粒，提高晶粒粗化温度，从而降低过热敏感性，并提高钢的强度和韧性，并且能够防止高温合金产生粘连，另一方面，过量的钒元素则效果饱和，增加成本，在本发明中，钒的含量控制在0.15-0.3％，避免效果饱和。
铝能使钢脱氧，并且一定量的铝可以细化晶粒，提高冲击韧性，但是过多的铝会影响合金的热加工性能，在本发明中，铝的含量控制在4.5-6.0，提高合金的冲击韧性的同时不影响合金的热加工性能。
钨与碳形成碳化钨，有很高的硬度，在合金中加钨能提高红硬性和热强性，本发明中，钨的含量为1.3-1.8％。
铌是重要的弥散强化和固溶强化元素，能够防止晶间腐蚀，还可以提高γ′相的反向畴界能，从而增加了位错切割的阻力，提高合金的高温性能，在本发明中，铌的含量为0.15-0.2％，可以防止晶间腐蚀，提升合金的高温力学性能和抗氧化性能。
氮是重要的固溶强化元素，由于氮化物在晶界上析出，提高晶界高温强度，可以取代一部分镍，但是过量的氮元素会形成粗大的氮化物，影响合金的性能，在本发明中，氮的含量控制在0.08-0.15。
本实施方式的奥氏体不锈钢精密无缝钢管的化学组成的余量为Fe及杂质。此处，杂质是指在制造钢时，由作为原料的矿石和废料混入的元素，或从制造过程的环境等混入的元素。
本发明还提供了一种耐高温无水冷辊的制备方法，包括以下步骤：
1)冶炼：将硅铁、电解锰、镍、微碳铬铁、钼铁、钒、铁、铝、钨铁、钛铁、铌铁、氮化铬铁、A3废料，经中频感应炉熔炼，经过直读光谱仪测量各元素含量合格后出钢液；
2)铸造：对钢液进行离心铸造加工得到铸锭，离心铸造能够改变金属的结晶过程，离心铸造的无水冷辊具有更好的机械性能和物理性能。
2)加热保温：将铸锭在加热炉中加热至1200℃，并保温6个小时；
3)锻造：将铸锭经过快锻机锻造为圆钢坯，所述快锻机锻造的开锻温度为1150-1200℃，终锻温度850-900℃，回炉加热保温时间不小于90分钟，开锻温度为1150-1200℃能够使材料的晶粒度符合要求，并且防止过烧，终锻温度过高会使得材料的晶粒继续增大，终锻温度过低会使得材料容易开裂，终锻温度850-900℃为最佳范围；
4)轧制：对圆钢坯进行轧制，加热温度为1050℃，保温时间为3小时。
5)固溶：对圆钢坯进行固溶热处理，将圆钢坯加热至1050～1150℃，加热保温时间为1.2min/mm，冷却方式为水冷，能够使得碳元素充分溶解，并且防止第二相析出，提高材料的高温强度和力学性能；
6)机加工：按图纸对圆钢坯进行机加工，制成耐高温无水冷辊；
7)探伤：对无水冷辊内外表面进行超声波探伤；
8)检测：对无水冷辊进行力学性能和组织检测；
9)清洗：对无水冷辊进行清洗；
10)入库：对无水冷辊进行包装并标识后入库。
本发明的耐高温无水冷辊的抗蠕变强度高，高温强度高，抗氧化性能好，能够有效防止氧化积瘤，抗粘连效果好，且长期使用后不产生脆化现象，耐磨性能、机加工切削性能和焊接性能好，同时具有较强的耐腐蚀性，本发明中的钼能够提高合金的抗蠕变强度，碳、锰、镍、铬、钨和铌能显著提高合金的高温强度，铬能使得合金的耐磨性更好，铝和硅能改善合金的加工性能，铬、镍和铌能提高合金的耐腐蚀性，铬合金还能防止渗氮和碳化，本发明在保证了性能提高的同时，大幅地降低了制造成本，同时制备方法能够提高耐高温无水冷辊的高温强度，提升机械性能和力学性能。
实施例1
一种耐高温无水冷辊，按重量百分比：C0.3，Si0.5，Mn0.2，Ni0.5，Cr30-31，Mo2.1，V0.15，Al4.5，W1.3，Ti0.1，Nb0.15，N0.08，余量为Fe及其他不可避免地杂质元素。
一种耐高温无水冷辊的制备方法，包括以下步骤：
1)冶炼：将硅铁、电解锰、镍、微碳铬铁、钼铁、钒、铁、铝、钨铁、钛铁、铌铁、氮化铬铁、A3废料，经中频感应炉熔炼，经过直读光谱仪测量各元素含量合格后出钢液；
2)铸造：对钢液进行离心铸造加工得到铸锭；
2)加热保温：将铸锭在加热炉中加热至1200℃，并保温6个小时；
3)锻造：将铸锭经过快锻机锻造为圆钢坯，所述快锻机锻造的开锻温度1150℃，终锻温度850℃，回炉加热保温时间不小于90分钟；
4)轧制：对圆钢坯进行轧制，加热温度为1050℃，保温时间为3小时。
5)固溶：对圆钢坯进行固溶热处理，将圆钢坯加热至1050℃，加热保温时间为1.2min/mm，冷却方式为水冷；
6)机加工：按图纸对圆钢坯进行机加工，制成无水冷辊；
7)探伤：对无水冷辊内外表面进行超声波探伤；
8)检测：对无水冷辊进行力学性能和组织检测；
9)清洗：对无水冷辊进行清洗；
10)入库：对无水冷辊进行包装并标识后入库。
实施例2
一种耐高温无水冷辊，按重量百分比：C0.5，Si0.8，Mn0.4，Ni1.5，Cr31，Mo2.3，V0.3，Al6.0，W1.8，Ti0.2，Nb0.2，N0.15，余量为Fe及其他不可避免地杂质元素。
一种耐高温无水冷辊的制备方法，包括以下步骤：
1)冶炼：将硅铁、电解锰、镍、微碳铬铁、钼铁、钒、铁、铝、钨铁、钛铁、铌铁、氮化铬铁、A3废料，经中频感应炉熔炼，经过直读光谱仪测量各元素含量合格后出钢液；
2)铸造：对钢液进行离心铸造加工得到铸锭；
2)加热保温：将铸锭在加热炉中加热至1200℃，并保温6个小时；
3)锻造：将铸锭经过快锻机锻造为圆钢坯，所述快锻机锻造的开锻温度1200℃，终锻温度900℃，回炉加热保温时间不小于90分钟；
4)轧制：对圆钢坯进行轧制，加热温度为1050℃，保温时间为3小时。
5)固溶：对圆钢坯进行固溶热处理，将圆钢坯加热至1150℃，加热保温时间为1.2min/mm，冷却方式为水冷；
6)机加工：按图纸对圆钢坯进行机加工，制成无水冷辊；
7)探伤：对无水冷辊内外表面进行超声波探伤；
8)检测：对无水冷辊进行力学性能和组织检测；
9)清洗：对无水冷辊进行清洗；
10)入库：对无水冷辊进行包装并标识后入库。
实施例3
一种耐高温无水冷辊，按重量百分比：C0.4，Si0.6，Mn0.3，Ni1.0，Cr31，Mo2.2，V0.25，Al5，W1.4，Ti0.1，Nb0.16，N0.12，余量为Fe及其他不可避免地杂质元素。
一种耐高温无水冷辊的制备方法，包括以下步骤：
1)冶炼：将硅铁、电解锰、镍、微碳铬铁、钼铁、钒、铁、铝、钨铁、钛铁、铌铁、氮化铬铁、A3废料，经中频感应炉熔炼，经过直读光谱仪测量各元素含量合格后出钢液；
2)铸造：对钢液进行离心铸造加工得到铸锭；
2)加热保温：将铸锭在加热炉中加热至1200℃，并保温6个小时；
3)锻造：将铸锭经过快锻机锻造为圆钢坯，所述快锻机锻造的开锻温度1170℃，终锻温度870℃，回炉加热保温时间不小于90分钟；
4)轧制：对圆钢坯进行轧制，加热温度为1050℃，保温时间为3小时。
5)固溶：对圆钢坯进行固溶热处理，将圆钢坯加热至1070℃，加热保温时间为1.2min/mm，冷却方式为水冷；
6)机加工：按图纸对圆钢坯进行机加工，制成无水冷辊；
7)探伤：对无水冷辊内外表面进行超声波探伤；
8)检测：对无水冷辊进行力学性能和组织检测；
9)清洗：对无水冷辊进行清洗；
10)入库：对无水冷辊进行包装并标识后入库。
上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的描述，而并非对实施方式的限定，对于所属领域的技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (2)

1.一种耐高温无水冷辊，其特征在于，按重量百分比：C0.3-0.5，Si0.5-0.8，Mn0.2-0.4，Ni0.5-1.5，Cr30-31，Mo2.1-2.3，V0.15-0.3，Al4.5-6.0，W1.3-1.8，Ti0.1-0.2，Nb0.15-0.2，N0.08-0.15，余量为Fe及其他不可避免地杂质元素。
2.根据权利要求1所述的一种耐高温无水冷辊的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)冶炼：将硅铁、电解锰、镍、微碳铬铁、钼铁、钒、铁、铝、钨铁、钛铁、铌铁、氮化铬铁、A3废料，经中频感应炉熔炼，经过直读光谱仪测量各元素含量合格后出钢液；
2)铸造：对钢液进行离心铸造加工得到铸锭；
2)加热保温：将铸锭在加热炉中加热至1200℃，并保温6个小时；
3)锻造：将铸锭经过快锻机锻造为圆钢坯，所述快锻机锻造的开锻温度1150-1200℃，终锻温度850-900℃，回炉加热保温时间不小于90分钟；
4)轧制：对圆钢坯进行轧制，加热温度为1050℃，保温时间为3小时。
5)固溶：对圆钢坯进行固溶热处理，将圆钢坯加热至1050～1150℃，加热保温时间为1.2min/mm，冷却方式为水冷；
6)机加工：按图纸对圆钢坯进行机加工，制成无水冷辊；
7)探伤：对无水冷辊内外表面进行超声波探伤；
8)检测：对无水冷辊进行力学性能和组织检测；
9)清洗：对无水冷辊进行清洗；
10)入库：对无水冷辊进行包装并标识后入库。
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