CN115354239A - 一种耐热合金钢材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种耐热合金钢材及其制备方法，涉及钢材生产制备技术领域。该耐热合金钢材，包括如下质量百分比的化学成分：铬Cr18‑23wt％、钼Mo2‑4.5wt％、钨W3.0‑4.0wt％、钒V2.0‑5.5wt％、钛T i 3.6‑5.2wt％、硼B4.2‑5.0wt％、碳C0.6‑0.8wt％、铁Fe60‑65wt％，所述铬、钼、钨、钒、钛、硼和碳均为粉末状，所述铁为低碳铁。本发明的制备工艺中现将硼与碳进行加热，产生碳化硼，同时在配方中加入钒，间接地起到了促进固溶强化的作用，使得合金钢材料热稳定性大大提高，提高钢材的抗拉强度、硬度和屈服强度。
Description
技术领域
本发明涉及钢材生产制备技术领域，具体为一种耐热合金钢材及其制备方法。
背景技术
在高温下具有较高的强度和良好的化学稳定性的合金钢。它包括抗氧化钢(或称高温不起皮钢)和热强钢两类。抗氧化钢一般要求较好的化学稳定性，但承受的载荷较低。热强钢则要求较高的高温强度和相应的抗氧化性。耐热钢常用于制造锅炉、汽轮机、动力机械、工业炉和航空、石油化工等工业部门中在高温下工作的零部件。这些部件除要求高温强度和抗高温氧化腐蚀外，根据用途不同还要求有足够的韧性、良好的可加工性和焊接性，以及一定的组织稳定性。
在现有技术中耐热合金钢大多数只加入钨、铬、钼和钛提高其耐热性能，这类钢材在800摄氏度的情况下其抗拉强度会急剧降低到290-320MPa，硬度降低到170-175HV5，屈服强度下降到240-245MPa，造成钢材的性能大大降低，影响钢材的正常使用。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种耐热合金钢材及其制备方法，解决了现有技术中耐热钢材的耐热性能有效，影响钢材正常使用的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种耐热合金钢材，包括如下质量百分比的化学成分：铬Cr18-23wt％、钼Mo2-4.5wt％、钨W3.0-4.0wt％、钒V2.0-5.5wt％、钛Ti3.6-5.2wt％、硼B4.2-5.0wt％、碳C0.6-0.8wt％、铁Fe60-65wt％，所述铬、钼、钨、钒、钛、硼和碳均为粉末状。
优选的，所述铁为低碳铁。
一种耐热合金钢材的制备方法，包括如下具体制备方法：
步骤一.将称量好的铬、钼、钨、钒和钛粉末混合搅拌均匀备用；
步骤二.将熔炉进行升温，升温至1000-1400℃，在熔炉内加入硼，再加入碳，进行混合搅拌；
步骤三.将基材铁放入熔炉中升温至1560-1600℃，将基材铁熔融；
步骤四.在有熔融的铁水中加入加热后的硼和碳，将其混合，混合均匀后加入混合好的铬、钼、钨、钒和钛粉末，保持温度30-45分钟；
步骤五.将铁水表面的氧化杂质刮除；
步骤六.将铁水倒入铸造模具内，将成形钢材表面的氧化皮敲除，使其冷却成型即可得到高耐热合金钢材。
优选的，步骤二中升温在熔炉内添加硼和碳需要在熔炉内保温15-20分钟，且在保温阶段需要不断地搅拌。
优选的，步骤六中铁水倒入铸造模型中成型后，放入油液中进行冷却降温。
(三)有益效果
本发明提供了一种耐热合金钢材及其制备方法。具备以下有益效果：
1、本发明在1000～1400℃使得硼与碳作用，高温下硼与碳反应，形成金属硼化物，碳化硼具有高硬度、耐熔、高电导率和化学惰性的特性，大大地提高了耐热合金钢材的抗拉强度、硬度和屈服强度，使其使用更加稳定。
2、本发明加入钒，是通过适当地热处理，生成细小的均匀分布的碳化物颗粒，使钢得以强化，在Cr-Mo-V钢中，由于V的碳化物稳定，将碳固定而促使Cr、Mo合金元素更多地熔入固熔体，这样，间接地起到了促进固溶强化的作用，可以提高合金钢材的热稳定性。
附图说明
图1为本发明一种耐热合金钢材的制备方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
如图1所示，本发明实施例提供一种耐热合金钢材，包括如下质量百分比的化学成分：铬Cr18wt％、钼Mo2wt％、钨W3.0wt％、钒V2.0wt％、钛Ti3.6wt％、硼B4.2wt％、碳C0.6wt％、铁Fe60wt％，所述铬、钼、钨、钒、钛、硼和碳均为粉末状，所述铁为低碳铁。
一种耐热合金钢材的制备方法，包括如下具体制备方法：
步骤一.将称量好的铬、钼、钨、钒和钛粉末混合搅拌均匀备用；
步骤二.将熔炉进行升温，升温至1300℃，在熔炉内加入硼，再加入碳，进行混合搅拌，升温在熔炉内添加硼和碳需要在熔炉内保温18分钟，且在保温阶段需要不断地搅拌；
步骤三.将基材铁放入熔炉中升温至1600℃，将基材铁熔融；
步骤四.在有熔融的铁水中加入加热后的硼和碳，将其混合，混合均匀后加入混合好的铬、钼、钨、钒和钛粉末，保持温度40分钟；
步骤五.将铁水表面的氧化杂质刮除；
步骤六.将铁水倒入铸造模具内，将成形钢材表面的氧化皮敲除，使其冷却成型即可得到高耐热合金钢材，铁水倒入铸造模型中成型后，放入油液中进行冷却降温。
实施例二：
一种耐热合金钢材，包括如下质量百分比的化学成分：铬Cr20wt％、钼Mo2wt％、钨W3.2wt％、钒V2.5wt％、钛Ti3.8wt％、硼B4.8wt％、碳C0.7wt％、铁Fe62wt％，所述铬、钼、钨、钒、钛、硼和碳均为粉末状，所述铁为低碳铁。
一种耐热合金钢材的制备方法，包括如下具体制备方法：
步骤一.将称量好的铬、钼、钨、钒和钛粉末混合搅拌均匀备用；
步骤二.将熔炉进行升温，升温至1000℃，在熔炉内加入硼，再加入碳，进行混合搅拌，升温在熔炉内添加硼和碳需要在熔炉内保温15分钟，且在保温阶段需要不断地搅拌；
步骤三.将基材铁放入熔炉中升温至1560℃，将基材铁熔融；
步骤四.在有熔融的铁水中加入加热后的硼和碳，将其混合，混合均匀后加入混合好的铬、钼、钨、钒和钛粉末，保持温度30分钟；
步骤五.将铁水表面的氧化杂质刮除；
步骤六.将铁水倒入铸造模具内，将成形钢材表面的氧化皮敲除，使其冷却成型即可得到高耐热合金钢材，铁水倒入铸造模型中成型后，放入油液中进行冷却降温。
实施例三：
一种耐热合金钢材，包括如下质量百分比的化学成分：铬Cr22wt％、钼Mo4.0wt％、钨W4.0wt％、钒V5.3wt％、钛Ti5.0wt％、硼B4.8wt％、碳C0.6wt％、铁Fe65wt％，所述铬、钼、钨、钒、钛、硼和碳均为粉末状，所述铁为低碳铁。
一种耐热合金钢材的制备方法，包括如下具体制备方法：
步骤一.将称量好的铬、钼、钨、钒和钛粉末混合搅拌均匀备用；
步骤二.将熔炉进行升温，升温至1200℃，在熔炉内加入硼，再加入碳，进行混合搅拌，升温在熔炉内添加硼和碳需要在熔炉内保温20分钟，且在保温阶段需要不断地搅拌；
步骤三.将基材铁放入熔炉中升温至1600℃，将基材铁熔融；
步骤四.在有熔融的铁水中加入加热后的硼和碳，将其混合，混合均匀后加入混合好的铬、钼、钨、钒和钛粉末，保持温度42分钟；
步骤五.将铁水表面的氧化杂质刮除；
步骤六.将铁水倒入铸造模具内，将成形钢材表面的氧化皮敲除，使其冷却成型即可得到高耐热合金钢材，铁水倒入铸造模型中成型后，放入油液中进行冷却降温。
本发明各实施例中取1米半径为0.5M钢材进行抗拉强度、硬度和屈服强度进行检测，检测结果如下表：
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种耐热合金钢材，其特征在于，包括如下质量百分比的化学成分：铬Cr18-23wt％、钼Mo2-4.5wt％、钨W3.0-4.0wt％、钒V2.0-5.5wt％、钛Ti 3.6-5.2wt％、硼B4.2-5.0wt％、碳C0.6-0.8wt％、铁Fe60-65wt％，所述铬、钼、钨、钒、钛、硼和碳均为粉末状。
2.根据权利要求1所述的一种耐热合金钢材，其特征在于，所述铁为低碳铁。
3.一种耐热合金钢材的制备方法，其特征在于，包括如下具体制备方法：
步骤一.将称量好的铬、钼、钨、钒和钛粉末混合搅拌均匀备用；
步骤二.将熔炉进行升温，升温至1000-1400℃，在熔炉内加入硼，再加入碳，进行混合搅拌；
步骤三.将基材铁放入熔炉中升温至1560-1600℃，将基材铁熔融；
步骤四.在有熔融的铁水中加入加热后的硼和碳，将其混合，混合均匀后加入混合好的铬、钼、钨、钒和钛粉末，保持温度30-45分钟；
步骤五.将铁水表面的氧化杂质刮除；
步骤六.将铁水倒入铸造模具内，将成形钢材表面的氧化皮敲除，使其冷却成型即可得到高耐热合金钢材。
4.根据权利要求1所述的一种耐热合金钢材的制备方法，其特征在于，步骤二中升温在熔炉内添加硼和碳需要在熔炉内保温15-20分钟，且在保温阶段需要不断地搅拌。
5.根据权利要求1所述的一种耐热合金钢材的制备方法，其特征在于，步骤六中铁水倒入铸造模型中成型后，放入油液中进行冷却降温。
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