CN115110009B

CN115110009B - 一种高耐蚀炉篦条材料及制造方法

Info

Publication number: CN115110009B
Application number: CN202110295166.0A
Authority: CN
Inventors: 周庆军; 李咸伟; 赵利明; 王宝森
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2021-03-19
Filing date: 2021-03-19
Publication date: 2023-09-12
Anticipated expiration: 2041-03-19
Also published as: CN115110009A

Abstract

本发明公开了一种高耐蚀炉篦条材料，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％，Cr：25～30％，Mn：0.6～1.0％，Si：0.8～1.3％，Ni：1.0～2.0％，Mo：0.5～1.0％，Cu：1.0～2.0％，V：0.1～0.3％，Sb：0.01～0.1％，RE：0.01～0.03％。此外，本发明还公开了上述高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

一种高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，尤其涉及一种炉篦条材料及其制造方法。

背景技术

众所周知，炉篦条是钢厂烧结台车的主要配件，其可以用于钢厂的烧结过程。在烧结过程中，炉篦条的服役环境极为苛刻，随着烧结台车运行，炉篦条的受热温度从最初的室温上升到900℃左右，在高温下受到空气的氧化腐蚀作用，翻转卸料后温度急速降至150℃左右。

此外，由于烧结烟气中含有大量的SO₂、NO_x、CO₂和水蒸气，炉篦条在这种高温酸性气氛作用下会发生严重的腐蚀，腐蚀产物在上卸料过程中不断剥落，导致炉篦条变细，承载能力下降而发生断裂，影响烧结工序的正常运行。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。

目前，现有技术中通常采用具有良好耐高温及耐腐蚀性能的高铬铸铁作为炉篦条的材料。

例如：公开号为CN108955258A，公开日为2018年12月07日，名称为“钢铁生产烧结机炉篦条”的中国专利文献公开了一种钢铁生产烧结机炉篦条，其成分为：C：1.8～2.2％，Cr：26～30％，Ni：1～1.5％，Mo：0.8～1.5％，Mn：0.6～0.8％，Si：0.5～0.7％，P+S﹤0.05，其他为Fe。该炉篦条主要依靠较高的Cr含量保证耐高温性能和耐蚀性，此外通过添加一定含量的Ni、Mo提高材料的耐蚀性。然而在高Cr和高C条件下，铸造得到的材料中难以避免形成大量粗大的Cr₇C₃化合物，这些化合物可能会形成网状并分布于晶界处，这些碳化物的不仅会降低基体中有效的Cr含量，从而降低材料的耐蚀性能；此外，分布于晶界的碳化物还影响材料的晶间腐蚀行为，大幅降低材料的抗晶间腐蚀性能，从而影响材料的服役寿命。

近年来，随着环保压力的不断增加，为了减少固废排放，部分钢厂在进行烧结配料时，除铁矿粉、燃料、熔剂外，还会将一些杂辅料、工业废水甚至制酸废水经常被加入烧结料进行烧结。这些杂辅料和工业废水成分复杂，往往含有较多的Cl离子，制酸废水pH也具有较大的酸性，从而加剧了对炉篦条的腐蚀作用。在这种情况下，现有炉篦条的使用寿命会大幅缩短，一般仅为1年左右，耐蚀性严重的不足半年就必须更换，其已经成为烧结机用量最大的易损件。

由此可见，现有炉篦条的腐蚀失效不仅严重影响了烧结效率，还大幅增加了烧结成本，因此提高炉篦条腐蚀性能，延长使用寿命，对于降低生产成本至关重要。

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高耐蚀炉篦条材料，用该材料制造的炉篦条耐腐蚀性能优异，可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高耐蚀炉篦条材料，该高高耐蚀炉篦条材料具有良好的耐腐蚀性能，用该材料制造的炉篦条耐腐蚀性能优异，可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，本发明提出了一种高耐蚀炉篦条材料，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％，Cr：25～30％，Mn：0.6～1.0％，Si：0.8～1.3％，Ni：1.0～2.0％，Mo：0.5～1.0％，Cu：1.0～2.0％，V：0.1～0.3％，Sb：0.01～0.1％，RE：0.01～0.03％。

进一步地，在本发明所述的高耐蚀炉篦条材料中，其各化学元素质量百分含量为：

C：1.0～1.6％，Cr：25～30％，Mn：0.6～1.0％，Si：0.8～1.3％，Ni：1.0～2.0％，Mo：0.5～1.0％，Cu：1.0～2.0％，V：0.1～0.3％，Sb：0.01～0.1％，RE：0.01～0.03％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。

在本发明所述高耐蚀炉篦条材料中，各化学元素的设计原理具体如下所述：

C：在本发明所述的高耐蚀炉篦条材料中，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，此外Cr含量减少，还会导致晶界贫Cr，容易发生晶间腐蚀。因此，在本发明所述的高耐蚀炉篦条材料中，将C元素的质量百分含量控制在1.0～1.6％之间。

Cr：在本发明所述的高耐蚀炉篦条材料中，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。Cr元素可以在合金中部分与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。通过加入较高的Cr，可有效提高材料的耐高温和耐腐蚀性能，但Cr含量超过30％后改善效果不显著。因此，在本发明所述的高耐蚀炉篦条材料中，将Cr元素的质量百分含量控制在25～30％之间。

Mn：在本发明所述的高耐蚀炉篦条材料中，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，在本发明所述的高耐蚀炉篦条材料中，将Mn元素的质量百分含量控制在0.6～1.0％之间。

Si：在本发明所述的高耐蚀炉篦条材料中，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，其可以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，在本发明所述的高耐蚀炉篦条材料中，将Si元素的质量百分含量控制在0.8～1.3％之间。

Ni：在本发明所述的高耐蚀炉篦条材料中，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。基于此，在本发明所述的高耐蚀炉篦条材料中，将Ni元素的质量百分含量控制在1.0～2.0％之间。

Mo：在本发明所述的高耐蚀炉篦条材料中，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。因此，考虑到Mo对生产成本的影响十分显著，在本发明所述的高耐蚀炉篦条材料中，将Mo元素的质量百分含量控制在0.5～1.0％之间。

Cu：在本发明所述的高耐蚀炉篦条材料中，Cu元素的主要作用在于提高基体腐蚀电位，促进基体钝化，使钝化膜稳定，提高材料的耐蚀性。相应地，在本发明中，Cu元素还可以与Mo元素配合使用，例如比例控制为2:1，可更好地提升耐蚀性。因此，在本发明所述的高耐蚀炉篦条材料中，将Cu元素的质量百分含量控制在1.0～2.0％之间。

V：在本发明所述的高耐蚀炉篦条材料中，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，在本发明所述的高耐蚀炉篦条材料中，将V元素的质量百分含量控制在0.1～0.3％之间。

Sb：在本发明所述的高耐蚀炉篦条材料中，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，在本发明所述的高耐蚀炉篦条材料中，将Sb元素的质量百分含量控制在0.01～0.1％之间。

RE：在本发明所述的高耐蚀炉篦条材料中，添加适量的稀土可以有效净化钢液，减少夹杂物，净化相界面，并且有助于提高基体腐蚀电位，提高材料的耐蚀性。此外，稀土还有助于改善铸造性能，提高材料强度和韧性。但需要注意的是，稀土价格昂贵，加入量不宜过多。因此，在本发明所述的高耐蚀炉篦条材料中，将RE的质量百分含量控制在0.01～0.03％之间。

进一步地，在本发明所述的高耐蚀炉篦条材料中，在不可避免的杂质中，S≤0.03％，P≤0.03％。

在上述技术方案中，P和S均为钢中不可避免的杂质元素，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情况下，为了获得性能更好且质量更优的高耐蚀炉篦条材料，应尽可能降低钢材中杂质元素的含量，并控制P和S元素满足S≤0.03％，P≤0.03％。

进一步地，在本发明所述的高耐蚀炉篦条材料中，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85～95％。

在本发明的上述技术方案中，本发明所述高耐蚀炉篦条材料中的碳化物较少，碳化物含量的减少能够使基体中含Cr量的相对增大，有利于材料耐蚀性的提高。

进一步地，在本发明所述的高耐蚀炉篦条材料中，所述碳化物的尺寸为10～20μm，且无连续网状分布状态。

进一步地，在本发明所述的高耐蚀炉篦条材料中，其在具有酸和盐的环境中的腐蚀速率为0.01～0.03g/(cm²·d)。

相应地，本发明的另一目的在于提供一种高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仅为0.01～0.03g/(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，本发明提出了上述的高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，浇铸温度控制为1520～1560℃。

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。

本发明所述的高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高耐蚀炉篦条材料。

本发明提出的高耐蚀炉篦条材料在具有酸和盐的环境中的腐蚀速率为0.01～0.03g/(cm²·d)，采用该材料制作的炉篦条具有优异的耐蚀性能，与普通炉篦条相比在同样条件下耐蚀性能提升3～5倍，可以显著延长炉篦条的使用寿命，其具有十分广阔的应用前景。

此外，虽然本发明所述的高耐蚀炉篦条材料的合金成分较高，但可以其减少台车因腐蚀造成的停机检修频次，提升生产效率，这种材料仍然具有十分良好的综合经济效益。

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的高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高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的高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，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1520～1560℃，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的高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的高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.(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的高耐蚀炉篦条材料和对比例1的对比钢材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的高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.

在实施例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的高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：对获得的实施例1-6和对比例1材料采用腐蚀浸泡试验评价耐蚀性，用失重法测量腐蚀速率；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的高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4.

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的高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的高耐蚀炉篦条材料在具有酸和盐的环境中的腐蚀速率在0.017-0.030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，本发明所述的高耐蚀炉篦条材料具有优良耐蚀性能，采用该高耐蚀炉篦条材料制造的炉篦条具有良好的耐腐蚀性能，可以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粗大、不均匀的奥氏体和粗大、连续分布的碳化物。

图2为实施例1的高耐蚀炉篦条材料的金相组织照片。

如图2所示，在本实施方式中，实施例1的高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94％，碳化物体积分数约6％，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

1.一种高耐蚀炉篦条材料，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％，Cr：25～30％，Mn：0.6～1.0％，Si：0.8～1.3％，Ni：1.0～2.0％，Mo：0.5～1.0％，Cu：1.0～2.0％，V：0.1～0.3％，Sb：0.01～0.1％，RE：0.01～0.03％；

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85～95％，所述碳化物的尺寸为10～20μm，且无连续网状分布状态。

2.如权利要求1所述的高耐蚀炉篦条材料，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所述的高耐蚀炉篦条材料，其特征在于，在不可避免的杂质中，S≤0.03％，P≤0.03％。

4.如权利要求1或2所述的高耐蚀炉篦条材料，其特征在于，其在具有酸和盐的环境中的腐蚀速率为0.01～0.03g/(cm²·d)。

5.如权利要求1-4中任意一项所述的高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1520～1560℃。

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。