CN115109995B

CN115109995B - 一种烧结台车用耐蚀炉篦条材料及制造方法

Info

Publication number: CN115109995B
Application number: CN202110303593.9A
Authority: CN
Inventors: 周庆军; 赵利明; 李咸伟; 王宝森; 胡子国
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2021-03-22
Filing date: 2021-03-22
Publication date: 2023-09-12
Anticipated expiration: 2041-03-22
Also published as: CN115109995A

Abstract

本发明公开了一种烧结台车用耐蚀炉篦条材料，其含有Fe和不可避免的杂质，此外还含有质量百分含量如下的下述各化学元素：C：1.0～1.6％，18％≤Cr＜25％，Mn：0.6～1.0％，Si：0.8～1.3％，Ni：0.3～1.0％，Mo：0～0.5％，V：0.1～0.3％，Sb：0.01～0.05％。此外，本发明还公开了上述烧结台车用耐蚀炉篦条材料的制造方法，其包括步骤：(1)冶炼和浇铸；(2)浇铸后铸件在砂箱中自然冷却一段时间后开箱；(3)将炉篦条放入滚筒箱搅拌一段时间，通过炉篦条之间的碰撞、震动和摩擦去除铸件表面的砂子和毛刺，得到成品炉篦条。

Description

一种烧结台车用耐蚀炉篦条材料及制造方法

技术领域

本发明涉及一种钢材及其制造方法，尤其涉及一种耐蚀篦条材料及制造方法。

背景技术

众所周知，烧结是钢厂生产的一个重要环节。在烧结时，操作人员需要将铁矿粉、燃料、熔剂和水按比例混合、造球后均匀地铺在烧结台车上，而后在1300℃左右烧结成球团供炼铁使用。

炉篦条是烧结台车的主要部件之一，在烧结过程中炉篦条服役环境极为苛刻，其服役温度很高，随着台车运行，受热温度在约150～800℃之间循环变化。

需要说明的是，在烧结过程中产生的烟气里还含有大量的SO₂、NO_x、CO₂和水蒸气，这些烟气在高温下对炉篦条具有很强的腐蚀作用，特别是随着近年来环保压力的不断增加，部分钢厂将一些杂辅料、工业废水加入到烧结料进行烧结，这易操作引入了较多的Cl离子，会加剧对炉篦条的腐蚀作用。

由此可见，为了保证烧结过程的顺利进行，要求用于烧结台车的炉篦条不仅具有良好的耐高温性能，还必须具有良好的耐腐蚀性。

在现有技术中，通常采用具备良好耐高温及耐腐蚀性能的高铬铸铁作为炉篦条的材料。这种炉篦条一般含有较高含量的Cr和C，其还可以通过添加不同含量的Ni、Mo、Cu、Nb、V、稀土等元素来提高炉篦条的使用性能。

例如：公开号为CN103422030A，公开日为2013年12月04日，名称为“一种烧结机台车炉篦条用高铬合金及其制造方法”的中国专利文献公开了一种烧结机台车炉篦条用高铬合金及其制造方法，其主要化学成分(wt％)为：C1.6-2.0，Mn0.5-1.0，Si0.7-1.0，Cr13-17，Ni0.5-1.2，Mo2.0-3.0，Nb1.0-2.0，RE0.2-0.5,其余主要为Fe及不可避免的微量杂质元素。

但需要注意的是，现有成分的炉篦条在实际应用中仍然存在着一些问题，如果合金元素添加量少，则获得的炉篦条耐蚀性不够，在使用时腐蚀比较严重；而如果追求提高材料的耐蚀性，则需要大量添加合金，甚至是稀土元素，这会导致材料成本上升，从而影响推广使用。此外，由于合金中含有较高的Cr和C，铸造的材料中容易形成大量的Cr₇C₃化合物，这些化合物可能会形成网状并分布于晶界处，不仅会降低基体中有效的Cr含量，还会影响材料的抗晶间腐蚀性能，从而大幅降低材料的耐蚀性，影响材料的服役寿命。

基于此，针对现有技术中的不足和缺陷，本发明期望获得一种烧结台车用耐蚀炉篦条材料，用该材料制造的炉篦条具有良好的耐腐蚀性能，能大幅延长炉篦条的使用寿命，其具有十分广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种烧结台车用耐蚀炉篦条材料，该高烧结台车用耐蚀炉篦条材料具有良好的耐腐蚀性能，能大幅延长炉篦条的使用寿命，其具有十分广阔的应用前景。

为了实现上述目的，本发明提出了一种烧结台车用耐蚀炉篦条材料，其含有Fe和不可避免的杂质，此外还含有质量百分含量如下的下述各化学元素：

C：1.0～1.6％，18％≤Cr＜25％，Mn：0.6～1.0％，Si：0.8～1.3％，Ni：0.3～1.0％，Mo：0～0.5％，V：0.1～0.3％，Sb：0.01～0.05％。

进一步地，在本发明所述的烧结台车用耐蚀炉篦条材料中，其各化学元素质量百分含量为：

C：1.0～1.6％，18％≤Cr＜25％，Mn：0.6～1.0％，Si：0.8～1.3％，Ni：0.3～1.0％，Mo：0～0.5％，V：0.1～0.3％，Sb：0.01～0.05％；余量为Fe和其他不可避免的杂质。

在本发明所述的烧结台车用耐蚀炉篦条材料中，各化学元素的设计原理具体如下所述：

C：在本发明所述的烧结台车用耐蚀炉篦条材料中，C是影响合金强度和韧性的主要元素，其同时也是提高基体高温强度的主要元素。当钢中C元素含量过低时，材料的强度和耐热性得不到保证；当钢中C元素含量过高时，C元素可以通过与Cr形成M₇C₃型碳化物，从而会过多消耗材料中的Cr，导致基体中有效Cr含量减少，使材料的耐蚀性降低。因此，在本发明所述的烧结台车用耐蚀炉篦条材料中，将C元素的质量百分含量控制在1.0～1.6％之间。

Cr：在本发明所述的烧结台车用耐蚀炉篦条材料中，Cr是合金中的主要合金元素，其对于材料的耐热性和耐蚀性均具有非常重要的影响。部分的Cr元素可以在合金中与C形成碳化物，部分分布在基体中，并在材料表面形成一层致密的Cr₂O₃保护膜，从而使基体具有良好的抗高温氧化和腐蚀作用。但需要注意的是，钢中Cr元素含量不宜过高，钢中Cr元素含量过高时，不仅对材料的耐蚀性提升贡献不大，而且还会增加合金成本。因此，在本发明所述的烧结台车用耐蚀炉篦条材料中，将Cr元素的质量百分含量控制为18％≤Cr＜25％。

Mn：在本发明所述的烧结台车用耐蚀炉篦条材料中，Mn元素是奥氏体稳定元素，钢中添加适量的Mn可有效扩大奥氏体相区，并起到良好的脱氧、脱硫效果，从而有效强化基体。但需要注意的是，钢中Mn元素含量不宜过高，钢中Mn元素过高对铸态奥氏体转变不利，限制在1.0％以下为宜。因此，综合考虑Mn元素对材料性能的影响，在本发明所述的烧结台车用耐蚀炉篦条材料中，将Mn元素的质量百分含量控制在0.6～1.0％之间。

Si：在本发明所述的烧结台车用耐蚀炉篦条材料中，Si是促进石墨化元素，增加奥氏体稳定性，同时具有很强的固溶强化作用，能够改善共晶碳化物的形态，提升组织均匀性。此外，钢中加入适量的Si元素还可以提高基体电极电位，增加抗腐蚀能力。但随着钢中Si元素含量的增加，材料的脆性也会增大，因此，钢中不宜添加过量的Si。基于此，在本发明所述的烧结台车用耐蚀炉篦条材料中，将Si元素的质量百分含量控制在0.8～1.3％之间。

Ni：在本发明所述的烧结台车用耐蚀炉篦条材料中，加入适量的Ni元素可以提升基体奥氏体稳定性，提高基体的电极电位，有利于耐蚀性能提升。但需要注意的是，Ni的价格较高，为了控制生产成本，钢中不宜添加过量的Ni。基于此，在本发明所述的烧结台车用耐蚀炉篦条材料中，将Ni元素的质量百分含量控制在0.3～1.0％之间。

Mo：在本发明所述的烧结台车用耐蚀炉篦条材料中，Mo元素可以促进Cr元素在钝化膜中的富集，进而提升基体电极电位；相应地，Mo更能够细化晶粒，其对抵抗Cl离子腐蚀作用显著。但需要注意的是，Mo对生产成本的影响十分显著，加入量在0.5％以下即可。因此，在本发明所述的烧结台车用耐蚀炉篦条材料中，将Mo元素的质量百分含量控制在0～0.5％之间。

V：在本发明所述的烧结台车用耐蚀炉篦条材料中，V元素主要起到细化晶粒的作用，其可以有效减少柱状晶长大，阻止网状碳化物产生，改善材料的耐蚀性。因此，在本发明所述的烧结台车用耐蚀炉篦条材料中，将V元素的质量百分含量控制在0.1～0.3％之间。

Sb：在本发明所述的烧结台车用耐蚀炉篦条材料中，添加适量的Sb元素可在材料表面形成Sb₂O₅氧化膜，从而提高基体的耐蚀性。此外，Sb元素还可以与Cu元素形成化合物，二者所形成的化合物能够更好地抑制阳极和阴极反应。另外，Sb本身是一种耐腐蚀金属，加入后可以提高基体腐蚀电位，从而提高耐蚀性。但需要注意的是，Sb的价格比较昂贵，为了控制生产成本，钢中不宜添加过量的Sb。因此，在本发明所述的烧结台车用耐蚀炉篦条材料中，将Sb元素的质量百分含量控制在0.01～0.05％之间。

进一步地，在本发明所述的烧结台车用耐蚀炉篦条材料中，在不可避免的杂质中，S≤0.05％，P≤0.05％。

在上述技术方案中，P和S均为钢中不可避免的杂质元素，在技术条件允许情况下，为了获得性能更好且质量更优的烧结台车用耐蚀炉篦条材料，应尽可能降低钢材中杂质元素的含量。

在本发明中，钢中的有害杂质元素S和P容易在晶界处形成夹杂物，其对于材料的耐蚀性非常有害，因此，在技术条件允许的情况下，应尽可能地降低钢中的P、S元素含量。

进一步地，在本发明所述的烧结台车用耐蚀炉篦条材料中，其微观组织为均匀的奥氏体和细小的碳化物，其中奥氏体体积分数为80～90％。

进一步地，在本发明所述的烧结台车用耐蚀炉篦条材料中，所述碳化物的尺寸为10～25μm，且无连续网状分布状态。

进一步地，在本发明所述的烧结台车用耐蚀炉篦条材料中，其特征在于，其在具有酸和盐的环境中的腐蚀速率为0.02～0.05g/(cm²·d)。

相应地，本发明的另一目的在于提供一种烧结台车用耐蚀炉篦条材料的制造方法，该制造方法生产简单，所获得的高烧结台车用耐蚀炉篦条材料具有良好的耐腐蚀性能，其在具有酸和盐的环境中的腐蚀速率为0.02～0.05g/(cm²·d)，可以用于制得炉篦条，并大幅度延长炉篦条的使用寿命，具有十分广阔的应用前景。

为了实现上述目的，本发明提出了上述烧结台车用耐蚀炉篦条材料的制造方法，其包括步骤：

(1)冶炼和浇铸；

(2)浇铸后铸件在砂箱中自然冷却一段时间后开箱；

(3)将炉篦条放入滚筒箱搅拌一段时间，通过炉篦条之间的碰撞、震动和摩擦去除铸件表面的砂子和毛刺，得到成品炉篦条。

进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(1)中，在步骤(1)中，浇铸温度控制为1530～1580℃。

进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(2)中，自然冷却的时间为3-8h。

进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(3)中，搅拌时间为1-2h。

本发明所述的烧结台车用耐蚀炉篦条材料及制造方法相较于现有技术具有如下所述的优点以及有益效果：

在本发明中，本发明通过合理优化设计化学成分并配合制造工艺可以获得具有良好耐蚀性能的烧结台车用耐蚀炉篦条材料。

本发明提出的烧结台车用耐蚀炉篦条材料在具有酸和盐的环境中的腐蚀速率为0.02～0.05g/(cm²·d)，采用该材料制作的炉篦条具有良好的耐蚀性能，与普通炉篦条相比在同样条件下耐蚀性能提升2～4倍，可以显著延长炉篦条的使用寿命，具有十分广阔的应用前景。

此外，本发明所述的烧结台车用耐蚀炉篦条材料中的合金含量相对较低，其并不会造成材料成分的显著增大，十分有利于推广和应用。

附图说明

图1为对比例1的对比钢材的金相组织照片。

图2为实施例1的烧结台车用耐蚀炉篦条材料的金相组织照片。

具体实施方式

下面将结合具体的实施例和说明书附图对本发明所述的烧结台车用耐蚀炉篦条材料及制造方法做进一步的解释和说明，然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。

实施例1-6和对比例1

实施例1-6的烧结台车用耐蚀炉篦条材料均采用以下步骤制得：

(1)按照下述表1所示的化学成分，利用电炉或转炉进行冶炼和铸造：将铬铁、硅铁、废钢等各种主辅料投入中频炉进行冶炼，获得符合要求的钢水，然后浇铸成型，控制浇铸温度为1530～1580℃，以防止浇铸缺陷。

(2)浇铸后铸件在砂箱中自然冷却3-8h后开箱。

(3)去除浇冒口，将炉篦条放入滚筒箱搅拌1-2h，通过炉篦条之间的碰撞、震动和摩擦去除铸件表面的砂子和毛刺，得到成品炉篦条。

在本发明中，实施例1-6的烧结台车用耐蚀炉篦条材料的化学成分设计以及相关工艺均满足本发明设计规范要求。

而对比例1的对比钢材在化学成分设计或相关工艺中均存在不满足本发明设计规范要求的参数，对比例1的对比钢材为现有技术中一种现有的炉篦条钢。

表1列出了实施例1-6的烧结台车用耐蚀炉篦条材料和对比例1的对比钢材的各化学元素的质量百分配比。

表1.(wt.％，余量为Fe和除了P和S以外的其他不可避免的杂质)

表2列出了实施例1-6的烧结台车用耐蚀炉篦条材料在上述工艺步骤中的具体工艺参数。

表2.

将得到的实施例1-6的烧结台车用耐蚀炉篦条材料和对比例1的对比钢材分别取样，并进行观察，以分析各实施例和对比例材料的微观组织形貌，相关实施例和对比例材料的观察结果列于表3中。

表3.

相应地，实施例1-6和对比例1的微观组织观测完毕后，可以将得到的实施例1-6的烧结台车用耐蚀炉篦条材料和对比例1的对比钢材再次分别取样，并对各实施例和对比例钢材的抗腐蚀能力进行检测，检测各实施例和对比例钢材在具有酸和盐的环境中的腐蚀速率。

相应地，将各实施例和对比例的耐蚀性检测试验结果分别列于表4中，相关耐蚀性测试手段，如下所述：

耐蚀性测试：在70℃、5％H₂SO₄和3.5％NaCl具有酸和盐的腐蚀环境条件下，分别将实施例1-6和对比例1的材料浸入其中，控制浸泡时间为96h，以得到各实施例和对比例材料的腐蚀速率。

表4列出了实施例1-6的烧结台车用耐蚀炉篦条材料和对比例1的对比钢材的耐蚀性检测试验结果。

表3.

从表3中可以看出，相较于对比例1的对比钢材，本发明所述实施例1-6的烧结台车用耐蚀炉篦条材料具有十分优异的耐蚀性，其耐蚀性明显优于对比例1。相应地，在本发明中，本发明所述实施例1-6的烧结台车用耐蚀炉篦条材料在具有酸和盐的环境中的腐蚀速率在0.025-0.040之间，其耐蚀性能优异，具有良好的推广前景和应用价值。

综上所述可以看出，本发明所述的烧结台车用耐蚀炉篦条材料具有优良耐蚀性能，采用该材料制造的炉篦条具有良好的耐腐蚀性能，从而大幅延长炉篦条的使用寿命。

图1为对比例1的对比钢材的金相组织照片。

如图1所示，对比例1的对比钢材的微观组织为不均匀奥氏体和粗大碳化物。

如图2所示，在本实施方式中，实施例1的烧结台车用耐蚀炉篦条材料的微观组织为均匀的奥氏体和细小的碳化物，其中奥氏体体积分数约88％，碳化物体积分数约12％，碳化物尺寸约10～20μm，且无连续网状分布状态。

需要说明的是，本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本案记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。

还需要注意的是，以上所列举的实施例仅为本发明的具体实施例。显然本发明不局限于以上实施例，随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本发明公开的内容直接得出或者很容易便联想到的，均应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种烧结台车用耐蚀炉篦条材料，其含有Fe和不可避免的杂质，其特征在于，还含有质量百分含量如下的下述各化学元素：

C：1.0～1.6％，18％≤Cr＜25％，Mn：0.6～1.0％，Si：0.8～1.3％，Ni：0.3～1.0％，Mo：0～0.5％，V：0.1～0.3％，Sb：0.01～0.05％；

其微观组织为均匀的奥氏体和细小的碳化物，其中奥氏体体积分数为80～90％，所述碳化物的尺寸为10～25μm，且无连续网状分布状态。

2.如权利要求1所述的烧结台车用耐蚀炉篦条材料，其特征在于，其各化学元素质量百分含量为：

3.如权利要求1或2所述的烧结台车用耐蚀炉篦条材料，其特征在于，在不可避免的杂质中，S≤0.05％，P≤0.05％。

4.如权利要求1或2所述的烧结台车用耐蚀炉篦条材料，其特征在于，其在具有酸和盐的环境中的腐蚀速率为0.02～0.05g/(cm²·d)。

5.如权利要求1-4中任意一项所述的烧结台车用耐蚀炉篦条材料的制造方法，其特征在于，其包括步骤：

(1)冶炼和浇铸；

(2)浇铸后铸件在砂箱中自然冷却一段时间后开箱；

6.如权利要求5所述的制造方法，其特征在于，在步骤(1)中，浇铸温度控制为1530～1580℃。

7.如权利要求5所述的制造方法，其特征在于，在步骤(2)中，自然冷却的时间为3-8h。

8.如权利要求5所述的制造方法，其特征在于，在步骤(3)中，搅拌时间为1-2h。