CN114107803A - 一种电站流化床风帽用高温耐磨cnre稀土耐热钢及其制备方法 - Google Patents

一种电站流化床风帽用高温耐磨cnre稀土耐热钢及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及能源电力领域，具体为一种电站流化床风帽用高温耐磨CNRE稀土耐热钢及其制备方法。按重量百分比计，其化学成分范围为：C 0.2～0.5％，Si 1.5～2.5％，Mn 6.0～13.0％，Cr 15.0～25.0％，Ni 1.0～5.0％，Mo 0.1～1.0％，V 0.05～0.50％，Nb 0.05～0.50％，N 0.2～0.6％，RE 0.005～0.5％，余量为Fe。该高温耐磨稀土耐热钢通过C、N共合金化和V、Nb微合金化产生强烈的固溶强化和析出强化作用，提升风帽的初始强度；借助稀土微合金化稳定高温组织，降低高温强度衰减速率，降低风帽高温磨损和变形。并且，采用中频炉高氮合金化技术、高纯稀土处理技术和壳型精密铸造技术，获得成分均匀、组织致密、性能优异的风帽铸件，能够有效解决风帽高温粉尘磨损严重等技术问题。

Description

一种电站流化床风帽用高温耐磨CNRE稀土耐热钢及其制备 方法
技术领域
本发明涉及能源电力领域，具体为一种电站流化床风帽用高温耐磨CNRE稀土耐热钢及其制备方法。
背景技术
循环流化床作为清洁高效的发电技术，在火力发电锅炉上得到了广泛应用。循环流化床的布风装置，主要由支撑板、风帽、风室和排渣管组成。其中，风帽位于燃烧环境最恶劣的地方，长期受到燃料燃烧的高温(900～1000℃)热影响以及高浓度的煤粉冲刷，容易出现高温磨损、变形等问题。因此，风帽的高温耐磨性能直接决定了流化床能否安全稳定运行。
为了满足严苛的性能要求，风帽的常用选材一般为Cr-Ni型奥氏体耐热不锈钢，如2520系列耐热不锈钢。近年来，电站锅炉向高参数和大型化方向发展，对风帽的服役性能提出了更高的要求。因此，如何提高风帽的高温强度和耐磨损能力，延长服役寿命，降低维修和更换成本，成为流化床风帽亟待解决的技术问题。然而，目前关于流化床风帽的专利大多集中于结构优化方面，如：中国发明专利CN2690749Y、CN102537946A等。虽然中国发明专利CN1699826A公布了一种微孔材料制作的镶嵌多孔段型风帽，但只考虑了风帽装卸和漏灰问题，并且成本较高，不能从根本上解决风帽的耐高温磨损问题。因此，通过合金体系优化，开发新型耐热钢材料，大幅提升耐高温磨损性能，同时降低材料成本，对电站流化床风帽服役寿命的延长和生产成本的降低显得越来越迫切。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电站流化床风帽用高温耐磨CNRE稀土耐热钢及其制备方法，通过C、N共合金化与V、Nb、RE微合金化，提升高温强度和高温耐磨性能，解决传统高Cr-高Ni耐热钢强度不足、磨损严重的技术难题，并且具有较低的合金成本，从而大幅提升流化床的生产效率，降低生产成本。
本发明的技术方案是：
一种电站流化床风帽用高温耐磨CNRE稀土耐热钢，以重量百分比计，其化学成分范围为：C 0.2～0.5％，Si 1.5～2.5％，Mn 6.0～13.0％，Cr 15.0～25.0％，Ni 1.0～5.0％，Mo 0.1～1.0％，V 0.05～0.50％，Nb 0.05～0.50％，N 0.2～0.6％，RE 0.005～0.5％，余量为Fe。
所述的电站流化床风帽用高温耐磨CNRE稀土耐热钢，以重量百分比计，采用C、N共合金化，C+N＝0.50～0.90％；采用RE、V、Nb微合金化，RE＝0.005～0.050％，V＝0.05～0.30％，Nb＝0.05～0.20％。
所述的电站流化床风帽用高温耐磨CNRE稀土耐热钢，以重量百分比计，其化学成分范围为：C 0.35～0.45％，Si 1.8～2.3％，Mn 7.0～11.0％，Cr 18.0～24.0％，Ni 1.5～4.0％，Mo 0.3～0.8％，V 0.05～0.25％，Nb 0.05～0.15％，N 0.3～0.45％，RE 0.015～0.035％，余量为Fe。
所述的电站流化床风帽用高温耐磨CNRE稀土耐热钢，1000℃高温抗拉强度≥100MPa，用于电站流化床风帽，服役超过12个月，电站流化床风帽的送风孔不发生明显磨损和变形现象。
所述的电站流化床风帽用高温耐磨CNRE稀土耐热钢的制备方法，采用中频炉冶炼，通过中频炉高氮合金化技术、高纯稀土处理技术和壳型精密铸造技术，获得成分均匀、组织致密、性能优异的风帽铸件，具体包括如下步骤：
(1)钢水熔炼：采用中频炉熔炼钢水，以废钢、中间合金和纯金属作为原材料，优先加入废钢和元素不易烧损的中间合金或纯金属，待炉料全部熔化后加入铝进行预脱氧；
(2)Si、Mn合金化：预脱氧后，依次加入硅铁或金属硅和电解锰进行Si、Mn合金化，熔清后，采用硅钙合金进行充分脱氧；
(3)氮合金化：锰合金化后，钢水升温至≥1580℃，分批次陆续加入含氮合金，待钢水不翻腾≥2分钟后再加入下一次，每次间隔时间≥3分钟；
(4)V、Nb微合金化：钢水终脱氧后，出钢前≤10分钟，加入钒铁和铌铁进行V、Nb微合金化，当钢水成分和温度均符合要求时，开始出钢；
(5)稀土处理：在出钢过程中采用高纯稀土金属进行稀土处理，将高纯稀土金属制成0.1～1.5kg的小块，放入钢包底部，出钢时通过钢水冲洗将稀土金属熔化，并在钢包中混合均匀；
(6)壳型铸造：浇注温度1500～1550℃，平稳快速浇注，浇注完成后≤30min，风帽铸件连同型壳入水快速冷却至室温。
所述的电站流化床风帽用高温耐磨CNRE稀土耐热钢的制备方法，在步骤(1)和(5)中，钢水冶炼和浇注使用的中频炉和钢包，均采用中性或碱性打结料制作炉衬和包衬。
所述的电站流化床风帽用高温耐磨CNRE稀土耐热钢的制备方法，在步骤(3)中，氮合金化采用的含氮合金破碎至100mm以下，并在400～800℃预热。
所述的电站流化床风帽用高温耐磨CNRE稀土耐热钢的制备方法，在步骤(3)后，根据钢水在线检测成分，最终调整至目标成分。
所述的电站流化床风帽用高温耐磨CNRE稀土耐热钢的制备方法，在步骤(5)中，稀土处理采用的高纯稀土金属为全氧含量T.O≤300ppm的金属镧、金属铈或者镧铈混合金属，稀土元素含量99wt％以上，稀土处理前钢水中全氧含量T.O≤60ppm。
所述的电站流化床风帽用高温耐磨CNRE稀土耐热钢的制备方法，在步骤(6)中，浇注前精密铸造壳型在900～950℃进行烘烤，浇注时壳型温度为≥850℃。
本发明的电站流化床风帽用高温耐磨CNRE稀土耐热钢和制备方法的设计思想是：
1.材质成分设计
采用C、N共合金化，产生强烈的间隙固溶强化作用，并与V、Nb等合金元素形成高温稳定的微细第二相，产生强烈的析出强化作用，提升风帽的初始强度。优选的，电站流化床风帽用高温耐磨CNRE稀土耐热钢中，C+N＝0.40～1.00％(优选为0.50～0.90％)。
采用V微合金化，与C、N元素形成高温稳定的微细VX(C、N)析出相，阻碍位错移动，提高风帽初始强度。优选的，电站流化床风帽用高温耐磨CNRE稀土耐热钢中，V＝0.05～0.30％。
采用Nb微合金化，与C、N元素形成高温稳定的微细NbX(C、N)析出相，阻碍位错移动，提高风帽初始强度。优选的，电站流化床风帽用高温耐磨CNRE稀土耐热钢中，Nb＝0.05～0.20％。
采用稀土微合金化，在发挥稀土变质夹杂和深度净化作用的基础上，实现稀土的固溶，稳定晶界和相界等微观缺陷，延缓第二相粗化，降低风帽高温强度的衰减速率，提升高温强度，减少高温磨损。优选的，电站流化床风帽用高温耐磨CNRE稀土耐热钢中，RE＝0.005～0.050％。
采用C、N、Mn、RE等较低成本的合金元素，大幅度替代Ni等贵重合金元素，在稳定奥氏体组织的同时，显著降低合金成本。优选的，电站流化床风帽用高温耐磨CNRE稀土耐热钢中，Ni＝2.0～4.0％、Mn＝6.0～11.0％。
2.制备方法
中频炉高氮合金化采用烘烤的含氮合金，破碎至直径100mm以下，高氮合金化过程中严格控制钢水温度，分批次加入，提高N元素收得率；并且，氮合金化工序在锰合金化工序之后，利用锰对N元素的固溶作用，提高钢水中N溶解度，从而实现中频炉高氮合金化。
稀土处理采用全氧含量≤300ppm、稀土元素含量≥99wt％的高纯稀土金属，并控制稀土处理前钢水中O含量≤60ppm，保证稀土元素在发挥变质夹杂和深度净化作用的基础上，实现部分稀土以固溶形式存在，稳定高温组织，降低风帽高温强度衰减速率，提升高温强度，减少高温磨损。
精密铸造壳型耐火材料选择镁砂，粘结剂选用水玻璃，浇注前壳型在900～950℃进行烘烤，浇注时壳型温度≥850℃，保证风帽铸件内部和表面质量。
本发明的优点及有益效果是：
1、本发明通过流化床风帽材质合金设计与制备工艺控制相结合，采用C、N共合金化与V、Nb、RE微合金化，产生强烈的固溶强化和析出强化作用，提升风帽的初始强度。借助稀土微合金化稳定高温组织，降低高温强度衰减速率，提升高温强度，减少高温磨损。
2、本发明采用中频炉高氮合金化技术、高纯稀土处理技术和壳型精密铸造技术，获得成分均匀、组织致密、性能优异的风帽铸件，替代传统高Cr-高Ni耐热钢风帽用于流化床中，能够有效解决风帽高温磨损、变形等技术问题，延长服役寿命，降低生产成本。
3、与传统高Cr-高Ni耐热钢风帽相比，本发明电站流化床风帽用CNRE稀土耐热钢在保证高温耐磨性能的基础上，Ni含量急剧降低，大幅提升流化床的生产效率、降低生产成本，具有明显的技术优势和成本优势。
附图说明
图1(a)-图1(b)为高温耐磨CNRE稀土耐热钢流化床风帽实物图；其中，图1(a)为服役前风帽照片，图1(b)为服役12个月后风帽照片。
图2为实施例1稀土耐热钢风帽的金相组织。
图3为实施例2稀土耐热钢风帽的金相组织。
图4为实施例3稀土耐热钢风帽的金相组织。
图5为比较例传统ZG40Cr25Ni20耐热钢风帽使用8个月后照片。
具体实施方式
在具体实施过程中，本发明的电站流化床风帽用高温耐磨CNRE稀土耐热钢，通过C、N共合金化与V、Nb、RE微合金化，以重量百分比计，合金成分范围为：C 0.2～0.5％(优选为0.35～0.43％)，Si 1.5～2.5％(优选为1.8～2.3％)，Mn 6.0～13.0％(优选为7.2～10.8％)，Cr 15.0～25.0％(优选为18.4～23.4％)，Ni 1.0～5.0％(优选为1.9～3.9％)，Mo 0.1～1.0％(优选为0.3～0.8％)，V 0.05～0.50％(优选为0.07～0.25％)，Nb 0.05～0.50％(优选为0.09～0.14％)，N 0.2～0.6％(优选为0.31～0.45％)，RE 0.005～0.5％(优选为0.019～0.033％)，余量为Fe。
本发明的电站流化床风帽用高温耐磨CNRE稀土耐热钢采用中频炉冶炼，通过中频炉高氮合金化技术、高纯稀土处理技术和壳型精密铸造技术，获得成分均匀、组织致密、性能优异的风帽铸件。具体包括如下步骤：
(1)钢水熔炼：采用中频炉熔化钢水，炉衬采用碱性耐材，以优质废钢、中间合金和纯金属作为原材料，优先加入废钢和元素不易烧损的中间合金或纯金属，待炉料全部熔化后加入铝进行预脱氧。
(2)Si、Mn合金化：预脱氧后，依次加入硅铁或金属硅和电解锰进行Si、Mn合金化，熔清后，采用硅钙进行充分脱氧。
(3)氮合金化：锰合金化后，钢水升温至1580～1650℃，分批次陆续加入直径≤100mm经400～800℃烘烤的含氮合金，待钢水不翻腾2～8分钟后再加入下一次，每次间隔时间3～10分钟。
(4)成分调整：根据钢水在线检测成分，将C、Si、Mn调整至目标成分，随后进行钢水终脱氧。
(5)V、Nb微合金化：钢水终脱氧后，出钢前5～10分钟，加入钒铁和铌铁进行V、Nb微合金化，当钢水成分和温度均符合要求时，开始出钢。
(6)稀土处理：稀土处理前钢水中全氧含量T.O≤60ppm，在出钢过程中采用高纯稀土金属进行稀土处理，高纯稀土金属为全氧含量T.O≤300ppm的金属镧、金属铈、或者镧铈混合金属，稀土元素含量99wt％以上，将高纯稀土金属制成0.1～1.5kg的小块，放入钢包底部，稀土金属加入量为钢水重量的0.01～0.08％，出钢时钢水将稀土熔化，并在钢包中混合均匀。
(7)壳型铸造：精密铸造壳型耐火材料选择镁砂，粘结剂选用水玻璃，浇注前壳型在900～950℃进行烘烤，浇注时壳型温度≥850℃，浇注温度1500～1550℃，平稳快速浇注，浇注完成后≤30min，风帽铸件连同型壳入水快速冷却至室温。
在风帽本体取样，检测风帽的室温和高温拉伸性能，其技术指标如下：
室温下，屈服强度460～565MPa，抗拉强度860～975MPa，延伸率40～65％，断面收缩率35～55％。1000℃高温下，屈服强度55～75MPa，抗拉强度110～130MPa，延伸率50～70％，断面收缩率40～60％。
为了使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合具体实施例和附图进行详细描述。
实施例1
本实施例中，电站流化床风帽用高温耐磨CNRE稀土耐热钢，具体成分按重量百分比如下：
元素 含量(质量分数，wt.％)
C+N 0.66(C0.35，N0.31)
Si 2.0
Mn 10.8
Cr 23.4
Ni 3.9
Mo 0.8
V 0.07
Nb 0.14
RE 0.024
Fe 余量
本实施例中，电站流化床风帽用高温耐磨CNRE稀土耐热钢制备过程如下：
采用中频炉熔炼钢水，中频炉炉衬采用碱性耐材和碱性浇包。合金配料采用废钢、石墨块、金属铬、氮化铬铁、电解锰、镍板、硅铁、钼铁、铌铁、钒铁、高纯稀土金属等。其中，氮化铬铁破碎至70mm以下，连同硅铁、钼铁、废钢等在600℃预热超过4小时，电解锰、钒铁、铌铁在200℃预热超过2小时。先将废钢、镍板、金属铬和石墨块装入炉中，在装炉过程中做到下紧上松，防止架桥。合金料全部熔化后，加入铝线进行预脱氧。预脱氧后，加入硅铁进行硅合金化，熔清后，加入硅钙合金进行充分脱氧；随后，加入电解锰进行锰合金化，熔清后，加入硅钙合金进行充分脱氧。锰合金化后，提高钢水温度到1605℃，将氮化铬铁分3批次陆续加入，待钢水不翻腾3分钟后再加入下一次，每次间隔8分钟。氮合金化后，取样分析成分，根据成分分析结果，调整钢水中C、Si、Mn至目标值。成分合格后，加入硅钙合金进行终脱氧处理，控制钢水中全氧含量。终脱氧后，出钢前6分钟，加入钒铁和铌铁进行V、Nb微合金化，当钢水成分和温度均符合要求时，准备出钢。稀土处理前钢水中全氧含量T.O＝35ppm，在出钢过程中采用高纯稀土金属进行稀土处理，高纯稀土金属为全氧含量T.O＝200ppm的纯铈金属，稀土元素含量99.7wt％。将高纯稀土金属制成约0.3kg的小块，放入贴近炉口侧的钢包底部，稀土金属加入量为钢水重量的0.05％，用少量清洁干燥的铁屑或钢屑覆盖，出钢过程中钢水将稀土金属熔化。风帽铸件采用壳型精密铸造浇注，壳型耐火材料选择镁砂，粘结剂选用水玻璃，浇注前壳型在940℃进行烘烤，浇注时壳型温度890℃，浇注温度1520℃，平稳快速浇注，浇注完成后20min，风帽铸件连同型壳入水快速冷却至室温。
本实施例中，在风帽本体取样，检测风帽的金相组织、室温和高温拉伸性能，评价风帽的显微组织和强度。测试结果如下：
温度/℃ 屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa 延伸率/％ 断面收缩率/％
室温 461 863 61.0 53
1000 58 110 70.0 59
如图2所示，风帽本体金相组织，由图可以看出，风帽铸态组织为奥氏体基体和枝晶间第二相。室温抗拉强度达到863MPa，1000℃高温抗拉强度达到110MPa，具有较高的室温和高温强度，在服役过程中，具有良好的高温耐磨损能力，用于钟罩形流化床风帽12个月内送风孔不发生明显磨损和变形现象。
实施例2
本实施例中，电站流化床风帽用高温耐磨CNRE稀土耐热钢，具体成分按重量百分比如下：
元素 含量(质量分数，wt.％)
C+N 0.88(C0.43，N0.45)
Si 1.8
Mn 7.2
Cr 18.4
Ni 1.9
Mo 0.3
V 0.25
Nb 0.09
RE 0.033
Fe 余量
本实施例中，电站流化床风帽用高温耐磨CNRE稀土耐热钢制备过程如下：
采用中频炉熔炼钢水，中频炉炉衬采用碱性耐材和碱性浇包。合金配料采用废钢、低碳铬铁、高碳铬铁、氮化铬铁、电解锰、镍板、硅铁、钼铁、铌铁、钒铁、高纯稀土金属等。其中，氮化铬铁破碎至75mm以下，连同硅铁、钼铁、低碳铬铁、高碳铬铁、废钢等在600℃预热超过4小时，电解锰、钒铁、铌铁在200℃预热超过2小时。先将废钢、镍板、低碳铬铁和高碳铬铁装入炉中，在装炉过程中做到下紧上松，防止架桥。合金料全部熔化后，加入铝线进行预脱氧。预脱氧后，加入硅铁进行硅合金化，熔清后，加入硅钙合金进行充分脱氧；随后，加入电解锰进行锰合金化，熔清后，加入硅钙合金进行充分脱氧。锰合金化后，提高钢水温度到1585℃，将氮化铬铁分3批次陆续加入，待钢水不翻腾4分钟后再加入下一次，每次间隔10分钟。氮合金化后，取样分析成分，根据成分分析结果，调整钢水中C、Si、Mn至目标值。成分合格后，加入硅钙合金进行终脱氧处理，控制钢水中全氧含量。终脱氧后，出钢前9分钟，加入钒铁和铌铁进行V、Nb微合金化，当钢水成分和温度均符合要求时，准备出钢。稀土处理前钢水中全氧含量T.O＝20ppm，在出钢过程中采用高纯稀土金属进行稀土处理，高纯稀土金属为全氧含量T.O＝240ppm的纯铈金属，稀土元素含量99.6wt％。将高纯稀土金属制成约1.1kg的小块，放入贴近炉口侧的钢包底部，稀土金属加入量为钢水重量的0.06％，用少量清洁干燥的铁屑或钢屑覆盖，出钢过程中钢水将稀土金属熔化。风帽铸件采用壳型精密铸造浇注，壳型耐火材料选择镁砂，粘结剂选用水玻璃，浇注前壳型在900℃进行烘烤，浇注时壳型温度855℃，浇注温度1540℃，平稳快速浇注，浇注完成后23min，风帽铸件连同型壳入水快速冷却至室温。
本实施例中，在风帽本体取样，检测风帽的金相组织、室温和高温拉伸性能，评价风帽的显微组织和强度。测试结果如下：
温度/℃ 屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa 延伸率/％ 断面收缩率/％
室温 562 971 41.5 39
1000 71 129 54.0 41
如图3所示，风帽本体金相组织，由图可以看出，风帽铸态组织为奥氏体基体和枝晶间第二相。室温抗拉强度达到971MPa，1000℃高温抗拉强度达到129MPa，具有较高的室温和高温强度，在服役过程中，具有良好的高温耐磨损能力，用于钟罩形流化床风帽12个月内送风孔不发生明显磨损和变形现象。
实施例3
本实施例中，电站流化床风帽用高温耐磨CNRE稀土耐热钢，具体成分按重量百分比如下：
Figure BDA0003317592460000081
Figure BDA0003317592460000091
本实施例中，电站流化床风帽用高温耐磨CNRE稀土耐热钢制备过程如下：
采用中频炉熔炼钢水，中频炉炉衬采用碱性耐材和碱性浇包。合金配料采用废钢、低碳铬铁、高碳铬铁、氮化铬铁、电解锰、镍板、硅铁、钼铁、铌铁、钒铁、高纯稀土金属等。其中，氮化铬铁破碎至45mm以下，连同硅铁、钼铁、低碳铬铁、高碳铬铁、废钢等在600℃预热超过4小时，电解锰、钒铁、铌铁在200℃预热超过2小时。先将废钢、镍板、低碳铬铁和高碳铬铁装入炉中，在装炉过程中做到下紧上松，防止架桥。合金料全部熔化后，加入铝线进行预脱氧。预脱氧后，加入硅铁进行硅合金化，熔清后，加入硅钙合金进行充分脱氧；随后，加入电解锰进行锰合金化，熔清后，加入硅钙合金进行充分脱氧。锰合金化后，提高钢水温度到1645℃，将氮化铬铁分3批次陆续加入，待钢水不翻腾2分钟后再加入下一次，每次间隔5分钟。氮合金化后，取样分析成分，根据成分分析结果，调整钢水中C、Si、Mn至目标值。成分合格后，加入硅钙合金进行终脱氧处理，控制钢水中全氧含量。终脱氧后，出钢前7分钟，加入钒铁和铌铁进行V、Nb微合金化，当钢水成分和温度均符合要求时，准备出钢。稀土处理前钢水中全氧含量T.O＝30ppm，在出钢过程中采用高纯稀土金属进行稀土处理，高纯稀土金属为全氧含量T.O＝100ppm的纯铈金属，稀土元素含量99.5wt％。将高纯稀土金属制成约0.5kg的小块，放入贴近炉口侧的钢包底部，稀土金属加入量为钢水重量的0.04％，用少量清洁干燥的铁屑或钢屑覆盖，出钢过程中钢水将稀土金属熔化。风帽铸件采用壳型精密铸造浇注，壳型耐火材料选择镁砂，粘结剂选用水玻璃，浇注前壳型在930℃进行烘烤，浇注时壳型温度890℃，浇注温度1530℃，平稳快速浇注，浇注完成后15min，风帽铸件连同型壳入水快速冷却至室温。
本实施例中，在风帽本体取样，检测风帽的金相组织、室温和高温拉伸性能，评价风帽的显微组织和强度。测试结果如下：
温度/℃ 屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa 延伸率/％ 断面收缩率/％
室温 544 967 51.5 40
1000 65 121 55.0 48
如图4所示，风帽本体金相组织，由图可以看出，风帽铸态组织为奥氏体基体和枝晶间第二相。室温抗拉强度达到967MPa，1000℃高温抗拉强度达到121MPa，具有较高的室温和高温强度，在服役过程中，具有良好的高温耐磨损能力，用于钟罩形流化床风帽12个月内送风孔不发生明显磨损和变形现象。
如图1(a)-(b)所示，高温耐磨CNRE稀土耐热钢流化床风帽实物图。实施例结果表明，本发明通过风帽材质成分设计和冶炼、浇注等热加工技术开发相结合，获得成分均匀、组织致密、性能优异的风帽铸件，系统解决传统高Cr-高Ni耐热钢风帽高温磨损、变形等技术问题，同时降低合金成本，具有广阔的市场前景和重要的应用价值。
比较例
如图5所示，传统电站流化床风帽，选材一般为中碳型ZG40Cr25Ni20奥氏体耐热钢，此类耐热钢的强化方式主要为固溶强化，在900～1000℃条件下的高温强度较低，在服役过程中，难以长时间经受高速煤粉产生的冲刷，服役8个月后送风口就发生明显的磨损现象。

Claims (10)

1.一种电站流化床风帽用高温耐磨CNRE稀土耐热钢，其特征在于，以重量百分比计，其化学成分范围为：C 0.2～0.5％，Si 1.5～2.5％，Mn 6.0～13.0％，Cr 15.0～25.0％，Ni1.0～5.0％，Mo 0.1～1.0％，V 0.05～0.50％，Nb 0.05～0.50％，N 0.2～0.6％，RE 0.005～0.5％，余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的电站流化床风帽用高温耐磨CNRE稀土耐热钢，其特征在于，以重量百分比计，采用C、N共合金化，C+N＝0.50～0.90％；采用RE、V、Nb微合金化，RE＝0.005～0.050％，V＝0.05～0.30％，Nb＝0.05～0.20％。
3.根据权利要求1所述的电站流化床风帽用高温耐磨CNRE稀土耐热钢，其特征在于，以重量百分比计，其化学成分范围为：C 0.35～0.45％，Si 1.8～2.3％，Mn 7.0～11.0％，Cr18.0～24.0％，Ni 1.5～4.0％，Mo 0.3～0.8％，V 0.05～0.25％，Nb 0.05～0.15％，N 0.3～0.45％，RE 0.015～0.035％，余量为Fe。
4.根据权利要求1所述的电站流化床风帽用高温耐磨CNRE稀土耐热钢，其特征在于，1000℃高温抗拉强度≥100MPa，用于电站流化床风帽，服役超过12个月，电站流化床风帽的送风孔不发生明显磨损和变形现象。
5.一种权利要求1至4之一所述的电站流化床风帽用高温耐磨CNRE稀土耐热钢的制备方法，其特征在于，采用中频炉冶炼，通过中频炉高氮合金化技术、高纯稀土处理技术和壳型精密铸造技术，获得成分均匀、组织致密、性能优异的风帽铸件，具体包括如下步骤：
(1)钢水熔炼：采用中频炉熔炼钢水，以废钢、中间合金和纯金属作为原材料，优先加入废钢和元素不易烧损的中间合金或纯金属，待炉料全部熔化后加入铝进行预脱氧；
(2)Si、Mn合金化：预脱氧后，依次加入硅铁或金属硅和电解锰进行Si、Mn合金化，熔清后，采用硅钙合金进行充分脱氧；
(3)氮合金化：锰合金化后，钢水升温至≥1580℃，分批次陆续加入含氮合金，待钢水不翻腾≥2分钟后再加入下一次，每次间隔时间≥3分钟；
(4)V、Nb微合金化：钢水终脱氧后，出钢前≤10分钟，加入钒铁和铌铁进行V、Nb微合金化，当钢水成分和温度均符合要求时，开始出钢；
(5)稀土处理：在出钢过程中采用高纯稀土金属进行稀土处理，将高纯稀土金属制成0.1～1.5kg的小块，放入钢包底部，出钢时通过钢水冲洗将稀土金属熔化，并在钢包中混合均匀；
(6)壳型铸造：浇注温度1500～1550℃，平稳快速浇注，浇注完成后≤30min，风帽铸件连同型壳入水快速冷却至室温。
6.根据权利要求5所述的电站流化床风帽用高温耐磨CNRE稀土耐热钢的制备方法，其特征在于，在步骤(1)和(5)中，钢水冶炼和浇注使用的中频炉和钢包，均采用中性或碱性打结料制作炉衬和包衬。
7.根据权利要求5所述的电站流化床风帽用高温耐磨CNRE稀土耐热钢的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，氮合金化采用的含氮合金破碎至100mm以下，并在400～800℃预热。
8.根据权利要求5所述的电站流化床风帽用高温耐磨CNRE稀土耐热钢的制备方法，其特征在于，在步骤(3)后，根据钢水在线检测成分，最终调整至目标成分。
9.根据权利要求5所述的电站流化床风帽用高温耐磨CNRE稀土耐热钢的制备方法，其特征在于，在步骤(5)中，稀土处理采用的高纯稀土金属为全氧含量T.O≤300ppm的金属镧、金属铈或者镧铈混合金属，稀土元素含量99wt％以上，稀土处理前钢水中全氧含量T.O≤60ppm。
10.根据权利要求5所述的电站流化床风帽用高温耐磨CNRE稀土耐热钢的制备方法，其特征在于，在步骤(6)中，浇注前精密铸造壳型在900～950℃进行烘烤，浇注时壳型温度为≥850℃。
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