CN117551944A

CN117551944A - 一种链篦机链节用耐热钢及其制备方法

Info

Publication number: CN117551944A
Application number: CN202311551840.2A
Authority: CN
Inventors: 李会义; 甄彩玲; 胡一帆
Original assignee: Wisco Resources Group Ezhou Pellet Co ltd
Current assignee: Wisco Resources Group Ezhou Pellet Co ltd
Priority date: 2023-11-19
Filing date: 2023-11-19
Publication date: 2024-02-13

Abstract

本发明的一种链篦机链节用耐热钢及其制备方法，采用调质热处理制得高强度回火索氏体组织。链节套采用抗磨耐热铸铁KmTBCr26，链节盖板及其螺栓采用常规奥氏体耐热钢。这使得链节基体的力学性能和链节套的抗磨性能远超常规链节，而链节盖板的耐磨性能和高温抗氧化性能与常规链节相同。与常规奥氏体耐热钢链节相比，采用索氏体耐热钢、抗磨耐热铸铁和常规奥氏体耐热钢组合制得的链节，因大幅减少了Cr、Ni等贵元素的使用，链节制造成本降低1/3。同时与整体式结构的链节相比，作为易损件的链节盖板，在烧损失效后，可便捷更换，从而提升了链节的整体寿命。本发明具有低成本制造和使用寿命长的特点。

Description

一种链篦机链节用耐热钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及钢铁材料制备技术领域，更具体地，涉及一种链篦机链节用耐热钢及其制备方法。

背景技术

链篦机是冶金球团生产线上的重要设备。链节是链篦机的关键核心部件，用于输送球团物料，并将物料干燥预热。链篦机用链节的结构形式有两种。一种是整体式结构，一种是分体式结构。分体式链节由链节基体、链节套、盖板和盖板螺栓组成。因链节长期在200～750℃之间交变循环的恶劣工况下运转，需同时具有优良的力学性能、抗氧化性能和耐磨损性能。因奥氏体耐热钢兼具上述优良性能，而得到普遍应用。作为大型设备，单台链篦机由数千件链节组成。常规奥氏体耐热钢链节的金属成分中均含有高配比的Cr和Ni元素。这些贵金属的大量使用导致链节制造成本居高不下。

为满足工况需求，整体式结构链节，须同时具有优良的力学性能、抗氧化性能和耐磨损性能。因此须采用价格昂贵的奥氏体耐热钢进行制备。经研究发现：链节与球团物料接触面，温度在300～750℃之间；其余部分的温度在200～650℃之间。基于该发现，在采用分体式结构设计的基础上，链节不同部位的部件因功能需求不同，可以研究采用不同材质性能的耐热钢进行匹配，从而满足链节的整体功能需求。

位于链节与球团物料接触面上的链节盖板及其螺栓，因需承受来自物料的高温氧化和冲刷，则选用耐磨耐高温氧化性能突出的耐热钢制备。链节基体和链节套位于链节盖板的下方，承受的烟气温度较低。链节基体主要承受牵引拉力，可选用力学性能突出的耐热钢制备；而位于链节铰接位置的链节套，主要承受摩檫力，可选用耐磨性能突出的耐热钢制备。依据该设计理念，在满足链节整体性能指标需求的前提下，可大幅降低奥氏体耐热钢的用量，进而降低链节制造成本。同时与整体式结构链节相比，作为易损件的链节盖板，在烧损失效后，可便捷更换，从而提升了链节的整体寿命。

发明内容

本发明提供一种链篦机链节用耐热钢及其制备方法，本发明链节基体用耐热钢为索氏体钢，通过合理调配金属成分组成，采用特定的调质热处理工艺得到高强度回火索氏体组织，使得该链节的整体力学性能远超常规奥氏体耐热钢链节。

根据本发明的一个方面，提供一种链篦机链节用耐热钢，其各组分以质量百分比计为：C：0.05～0.20％，Si：≤0.80％，Mn：0.50～0.90％，Cr：2.0～2.75％，Mo：0.90～1.10％，Ni:0.10～0.25％，Nb：0.03～0.05％，P：≤0.03％，S：≤0.03％，Re：0.01～0.05％，余量为Fe和不可避免的杂质。

在上述方案基础上优选，各组分以质量百分比计为：C：0.14～0.20％，Si：≤0.60％，Mn：0.50～0.90％，Cr：2.0～2.75％，Mo：0.90～1.10％，Ni:0.10～0.20％，Nb：0.03～0.05％，P：≤0.02％，S：≤0.02％，Re：0.01～0.05％，余量为Fe和不可避免的杂质。

上述索氏体耐热钢中主要合金元素选取理由如下(成分以质量百分比计算)：

(1)碳(C)元素：C元素能与钢中的多种合金元素生成强化相，可显著提高索氏体耐热钢的强度。然而C含量若添加过多，将在索氏体晶界处形成大量连续分布的网状碳化物，耐热钢的塑性、下降。综合考虑链节的性能需求，将C含量控制在0.05～0.20％之间(优选为0.14～0.20％)。

(2)硅(Si)元素：Si元素可以改善耐热钢的抗高温氧化性能。然而Si元素若添加量过多，会影响耐热钢的力学性能，并且Si元素为铁素体形成元素，会提高耐热钢中的[Cr]当量，从而导致δ铁素体的出现。因此将Si含量控制在≤0.80％(优选为≤0.60％)。

(3)锰(Mn)元素：Mn与S可形成熔点较高的MnS，进而消除或减弱由于硫引起的钢的热脆性，同时能增加钢的淬透性。然而Mn元素过多，会增加钢晶粒粗化的倾向和回火脆性敏感性。因此将Mn含量控制在0.50～0.90％之间(优选为0.60～0.80％)。

(4)铬(Cr)元素：Cr元素在调质处理时提高淬透性，使钢经淬火回火后具有较好的综合力学性能，在渗碳钢中还可以形成含铬的碳化物，从而提高材料表面的耐磨性。然随着Cr元素增加，伸长率和断面收缩率会降低，钢材变差。因此将Cr含量控制在2.0～2.75％之间(优选为2.0～2.6％)。

(5)钼(Mo)元素：加入Mo元素可以提高调质处理时的淬透性和热强性，防止回火脆性。同时可以在耐热钢中形成Fe2Mo型Laves强化相，这种强化相的高温尺寸稳定性较好，可以提高耐热钢的高温强度。因此将Mo含量控制在0.90～1.10％之间(优选为1.00～1.10％)。

(6)镍(Ni)元素：钢在高温下易出现晶间腐蚀，少量加入镍元素，可以稳定晶界结构，提高钢的耐温性能。同时可以细化钢的晶粒，有利于提高钢的强度和韧性。考虑到该元素稀缺昂贵，Ni元素含量控制在Ni:0.10～0.25％之间(优选为Ni:0.10～0.20％)。

(7)铌(Nb)元素：Nb元素在耐热钢中可以与C、N元素形成MX相，与Cr、N元素形成Z相，与Fe元素形成Fe2Nb型Laves。这些强化相可以大幅提高材料的高温力学性能。然而Nb元素在铸造过程中容易发生偏析，同时考虑到成本因素，因此将Nb含量控制在0.03～0.05％之间(优选为0.03～0.05％)。

(8)硫和磷(S和P)元素：S和P元素在钢冶炼中偏析严重，恶化钢的质量，S元素会增加钢的热脆性，P元素会增加钢的冷脆性。因此将S和P含量均控制在≤0.03％(优选为≤0.02％)。

(9)稀土(Re)元素：Re元素可以提高钢的高温抗氧化、抗蠕变和抗腐蚀性能。它能改善钢的流动性，减少非金属夹杂，使钢组织致密纯净，提高冲击。同时考虑到成本因素，因此将Re含量控制在0.01～0.05％之间(优选为0.02～0.05％)。

本发明还提供了一种链篦机链节用耐热钢的制备方法，包括如下步骤：

步骤A1，根据权利要求1的配置原料，且稀土Re选用Ce或La；

步骤A2，将步骤A1中的原料装料抽真空，升温至1620℃～1670℃下进行熔化，在1600℃～1650℃下依次进行除渣、脱氧，调整成分以及合金化，且脱氧时须采用无铝脱氧剂；

步骤A3，待成分符合索氏体耐热钢的成分标准后，进行浇注，浇注温度为1540℃～1560℃,浇注时采用保温帽和绝热板，冷却至常温后，完成铸造。

在上述方案基础上优选，还包括调质热处理工艺，将步骤A3的锻造钢进行淬火，淬火温度为960～980℃，保温时间为：30～40分钟+链节最大厚(mm)×1分钟/mm；冷却(油冷)至室温；回火温度620～650℃，保温时间为：40～55分钟+链节最大厚(mm)×1分钟/mm，随炉冷却<200℃时出炉冷却。

在上述方案基础上优选，步骤3中，淬火后的耐热钢的晶体结构为索氏体组织。

在上述方案基础上优选，篦机链节用耐热钢在600℃时，屈服强度≥400MPa。

本发明的一种链篦机链节用耐热钢及其制备方法，采用特定的调质热处理制得高强度回火索氏体组织，用于制作链节基体。链节套采用抗磨耐热铸铁KmTBCr26，链节盖板及其螺栓采用常规奥氏体耐热钢。这使得链节基体的力学性能和链节套的抗磨性能远超常规链节，而链节盖板的耐磨性能和高温抗氧化性能与常规链节相同。与常规奥氏体耐热钢链节相比，采用索氏体耐热钢、抗磨耐热铸铁和常规奥氏体耐热钢组合制得的链节，因大幅减少了Cr、Ni等贵元素的使用，链节制造成本降低1/3。同时与整体式结构的链节相比，作为易损件的链节盖板，在烧损失效后，可便捷更换，从而提升了链节的整体寿命。本发明具有低成本制造和使用寿命长的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附

图中：

图1为本发明的链节的结构示意图；

图2为本发明的链篦机链节用耐热钢的制备流程图；

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或集合的存在或添加。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

在附图所示的实施例中，方向的指示(诸如上、下、左、右、前和后)用以解释本发明的各种组件的结构和运动不是绝对的而是相对的。当这些组件处于附图所示的位置时，这些说明是合适的。如果这些组件的位置的说明发生改变时，则这些方向的指示也相应地改变。

另外，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

请参阅图1，并结合图2所示，本发明的链节采用分体式结构设计，由链节基体20、链节套10、盖板30和盖板螺栓40组成，其结构图如图1所示。

而链节套、盖板及其螺栓使用的耐热钢为现有常规钢种，如：链节套是抗磨耐热铸铁KmTBCr26，盖板及其螺栓是常规奥氏体钢，品种比较多，常用的有ZG40Cr25Ni20和1Cr25Ni20等。

而本发明的链节基体采用了一种新开发的索氏体耐热钢，通过合理调配金属成分组成，采用特定的调质热处理工艺得到高强度回火索氏体组织。这使得该链节的整体力学性能远超常规奥氏体耐热钢链节。

具体的，链篦机链节用耐热钢，其各组分以质量百分比计为：C：0.05～0.20％，Si：≤0.80％，Mn：0.50～0.90％，Cr：2.0～2.75％，Mo：0.90～1.10％，Ni:0.10～0.25％，Nb：0.03～0.05％，P：≤0.03％，S：≤0.03％，Re：0.01～0.05％，余量为Fe和不可避免的杂质。

本发明还提供了一种篦机链节用耐热钢的制备方法，包括如下步骤：

步骤A1，根据上述比例配置原料，且稀土Re选用Ce或La；

进一步的，还包括调质热处理工艺，将步骤A3的锻造钢进行淬火，淬火温度为960～980℃，保温时间为：基础时间为30～40分钟，并根据链节最大厚(mm)每增加1mm增加1分钟；冷却(油冷)至室温；回火温度620～650℃，保温时间为：基础时间为40～55分钟，并根据链节最大厚(mm)每增加1mm增加1分钟，随炉冷却<200℃时出炉冷却。

实施例1

本实施例链篦机链节用耐热钢，采用分体式结构设计。链节盖板及其螺栓采用常规奥氏体耐热钢制备，链节套采用抗磨耐热铸铁KmTBCr26制备。链节基体采用新开发的索氏体耐热钢，成分以质量百分比计为：C：0.173％，Si：0.440％，Mn：0.650％，Cr：2.581％，Mo：1.066％％，Nb：0.03％，P：0.016％，S：0.007％，Re：0.02％。

本实施例链篦机链节基体用索氏体耐热钢制备过程为：

依照索氏体耐热钢的元素成分配备原材料，稀土Re选用Ce；装料后抽真空，升温至1650℃下进行熔化；在1600℃下依次进行除渣、脱氧，调整成分以及合金化，脱氧时须采用无铝脱氧剂；待成分符合索氏体耐热钢的成分标准后，进行浇注，浇注温度为1550℃,浇注时采用保温帽和绝热板；冷却至常温后，切除浇注的冒口以及浇道，完成铸造；采用调质热处理工艺，淬火温度为950℃,保温2.5小时；淬火冷却至200度时开始高温回火，回火温度650℃,保温时间3小时。

实施例2

本实施例链篦机链节用耐热钢，采用分体式结构设计。链节盖板及其螺栓采用常规奥氏体耐热钢制备，链节套采用抗磨耐热铸铁KmTBCr26制备。链节基体采用新开发的索氏体耐热钢，成分以质量百分比计为：C：0.182％，Si：0.525％，Mn：0.787％，Cr：2.24％，Mo：1.030％％，Nb：0.04％，P：0.020％，S：0.018％，Re：0.05％。

本实施例链篦机链节基体用索氏体耐热钢制备方法同实施例1。

依据GB/T 228.2-2015《金属材料拉伸试验第2部分：高温试验方法》，对实施例做600℃高温时的抗拉强度和屈服强度,数据如下：

常规奥氏体耐热钢室温时的屈服强度<380MPa，600℃高温时的屈服强度<200MPa。采用上述索氏体耐热钢制得的链节，高温拉伸性能大于室温时常规奥氏体耐热钢的性能，远大于高温时常规奥氏体耐热钢的性能。该链节的拉伸力学性能远超常规奥氏体耐热钢链节。

常规奥氏体耐热钢(如ZG40Cr25Ni20等)的硬度：200～300HB。本发明的链节套采用抗磨耐热铸铁KmTBCr26，该耐热钢的硬度：400～600HB。因此链节的耐磨性能也远超常规奥氏体耐热钢链节。

本发明的链节盖板及其螺栓均采用常规奥氏体耐热钢制备，耐磨性能和高温抗氧化性能与常规奥氏体链节相同。相较于常规奥氏体耐热钢链节采用的整体式结构，采用分体式结构的链节盖板，在烧损失效后，可便捷更换，从而提升了链节的整体寿命。

与常规奥氏体耐热钢链节相比，采用索氏体耐热钢、抗磨耐热铸铁和常规奥氏体耐热钢组合制得的链节，因大幅减少了Cr、Ni等贵元素的使用，链节制造成本降低1/3。

本发明公开的一种链篦机链节用耐热钢及其制备方法，制造的链节装置已成功应用于球团生产线，具有低成本制造和使用寿命长的特点。

最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种链篦机链节用耐热钢，其特征在于，其各组分以质量百分比计为：C：0.05～0.20％，Si：≤0.80％，Mn：0.50～0.90％，Cr：2.0～2.75％，Mo：0.90～1.10％，Ni:0.10～0.25％，Nb：0.03～0.05％，P：≤0.03％，S：≤0.03％，Re：0.01～0.05％，余量为Fe和不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的一种链篦机链节用耐热钢，其特征在于，各组分以质量百分比计为：C：0.14～0.20％，Si：≤0.60％，Mn：0.50～0.90％，Cr：2.0～2.75％，Mo：0.90～1.10％，Ni:0.10～0.20％，Nb：0.03～0.05％，P：≤0.02％，S：≤0.02％，Re：0.01～0.05％，余量为Fe和不可避免的杂质。

3.一种链篦机链节用耐热钢的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤A1，根据权利要求1的配置原料，且稀土Re选用Ce或La；

4.如权利要求3所述的一种链篦机链节用耐热钢的制备方法，其特征在于，还包括调质热处理工艺，将步骤A3的锻造钢进行淬火，淬火温度为960～980℃，保温时间为：基础时间为30～40分钟，并根据链节最大厚每增加1mm增加1分钟；冷却(油冷)至室温；回火温度620～650℃，保温时间为：基础时间40～55分钟并根据链节最大厚每增加1mm增加1分钟，随炉冷却<200℃时出炉冷却。

5.如权利要求4所述的一种链篦机链节用耐热钢的制备方法，其特征在于，步骤3中，淬火后的耐热钢的晶体结构为索氏体组织。

6.如权利要求5所述的一种链篦机链节用耐热钢的制备方法，其特征在于，篦机链节用耐热钢在600℃时，屈服强度≥400MPa。