CN114058952A - 一种链篦机篦板用高强度、抗氧化cnre稀土耐热钢及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及冶金机械和矿山设备领域,具体为一种链篦机篦板用高强度、抗氧化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 0.5~2.5%,Mn 6.0~13.0%,Cr 15.0~23.0%,Ni 1.0~4.0%,V 0.05~0.50%,Nb 0.05~0.50%,N 0.2~0.5%,RE 0.005~0.5%,余量为Fe。本发明通过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,提升篦板的初始强度;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;借助晶界高温稳定析出相,抑制沿晶内氧化,提升抗高温氧化性能。并且,采用中频炉高氮合金化技术、高纯稀土处理技术和精密铸造技术,获得成分均匀、组织致密、性能优异的篦板铸件。
Description
技术领域
本发明涉及冶金机械和矿山设备领域,具体为一种链篦机篦板用高强度、抗氧化CNRE稀土耐热钢及其制备方法。
背景技术
链篦机是铁矿石氧化球团的主要生产设备,在钢铁冶金领域应用十分广泛。篦板是链篦机的关键耐热部件,其服役环境十分苛刻,长期在室温~1000℃潮湿环境中循环交替承载、烘焙、输运铁矿石氧化球团,高温强度和抗高温氧化性能是决定其服役寿命的关键因素。
目前,链篦机篦板的主要选材为高Cr-高Ni型奥氏体耐热钢,如ZG35Cr25Ni12、ZG35Cr24Ni7SiN等,这些耐热钢篦板的Ni含量较高,具有较高的合金成本。在实际服役过程中,常由于高温强度不足,导致过早出现变形、开裂等缺陷。同时,高Cr-高Ni型耐热钢篦板在服役过程中,氧化产物易沿着晶界等快速扩散通道深入到合金基体内部,发生严重的沿晶内氧化现象,从而导致外层氧化膜剥落,并且会导致合金基体性能恶化,大幅降低服役寿命,影响生产效率,增加生产成本。因此,开发具有高强度、抗氧化的链篦机篦板成为该领域亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种链篦机篦板用高强度、抗氧化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,提升高温强度和抗高温氧化性能,解决传统高Cr-高Ni耐热钢篦板强度不足和氧化严重的技术难题,并且具有较低的合金成本,从而大幅提升链篦机的生产效率,降低生产成本。
本发明的技术方案是:
一种链篦机篦板用高强度、抗氧化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 0.5~2.5%,Mn 6.0~13.0%,Cr 15.0~23.0%,Ni 1.0~4.0%,V 0.05~0.50%,Nb 0.05~0.50%,N 0.2~0.5%,RE 0.005~0.5%,余量为Fe。
所述的链篦机篦板用高强度、抗氧化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%,C/N=0.9~1.1;采用RE、V、Nb微合金化,RE=0.005~0.050%,V=0.05~0.30%,Nb=0.05~0.20%。
所述的链篦机篦板用高强度、抗氧化CNRE稀土耐热钢,以重量百分比计,其化学成分范围为:C 0.30~0.45%,Si 1.5~2.5%,Mn 7.0~10.0%,Cr 17~23%,Ni 2.0~4.0%,V 0.05~0.30%,Nb 0.05~0.20%,N 0.25~0.40%,RE 0.015~0.040%,余量为Fe。
所述的链篦机篦板用高强度、抗氧化CNRE稀土耐热钢,1000℃高温抗拉强度≥100MPa,1000℃氧化后不发生明显的沿晶内氧化,用于链篦机篦板,服役超过12个月不发生变形、开裂和氧化剥落现象。
所述的链篦机篦板用高强度、抗氧化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精密铸造技术,获得成分均匀、组织致密、性能优异的篦板铸件,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)精密铸造:浇注温度1500~1550℃,平稳快速浇注,浇注完成后≤30min,篦板铸件连同型壳入水快速冷却至室温。
所述的链篦机篦板用高强度、抗氧化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。
所述的链篦机篦板用高强度、抗氧化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。
所述的链篦机篦板用高强度、抗氧化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。
所述的链篦机篦板用高强度、抗氧化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。
所述的链篦机篦板用高强度、抗氧化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℃。
本发明的链篦机篦板用高强度、抗氧化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,提升篦板的初始强度。同时,通过调整C/N比例,控制晶界上形成连续膜状析出相,减缓合金元素和氧元素沿晶界的扩散速率,从而抑制沿晶内氧化。优选的,链篦机篦板用高强度、抗氧化CNRE稀土耐热钢中,C+N=0.40~1.00%(优选为0.50~0.90%),C/N≈1。
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,提高篦板初始强度。优选的,链篦机篦板用高强度、抗氧化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,提高篦板初始强度。优选的,链篦机篦板用高强度、抗氧化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,降低篦板高温强度的衰减速率。优选的,链篦机篦板用高强度、抗氧化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,链篦机篦板用高强度、抗氧化CNRE稀土耐热钢中,Ni=2.0~4.0%、Mn=6.0~10.0%。
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,降低篦板高温强度衰减速率,提升高温强度。
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℃,保证篦板铸件内部和表面质量。
本发明的优点及有益效果是:
1、本发明通过链篦机篦板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,提升篦板的初始强度。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。利用晶界高温稳定析出相,抑制沿晶内氧化,提升抗高温氧化性能。
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精密铸造技术,获得成分均匀、组织致密、性能优异的篦板铸件,替代传统高Cr-高Ni耐热钢篦板用于链篦机中,能够有效解决链篦机篦板变形、开裂和氧化剥落等技术问题,延长服役寿命,降低生产成本。
3、与传统高Cr-高Ni耐热钢篦板相比,本发明链篦机篦板用CNRE稀土耐热钢在保证高温力学性能和抗高温氧化性能的基础上,Ni含量急剧降低,大幅提高链篦机的生产效率、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为高强度、抗氧化CNRE稀土耐热钢链篦机篦板实物图;其中,(a)为服役前篦板照片,(b)为服役15个月后篦板照片。
图2为实施例1稀土耐热钢篦板1000℃氧化500h后的氧化膜截面。
图3为实施例2稀土耐热钢篦板1000℃氧化500h后的氧化膜截面。
图4为实施例3稀土耐热钢篦板1000℃氧化500h后的氧化膜截面。
图5为比较例传统ZG35Cr25Ni12耐热钢1000℃氧化500h后的氧化膜截面。
图6为比较例传统ZG35Cr25Ni12耐热钢篦板使用6个月后照片。
具体实施方式
在具体实施过程中,本发明的链篦机篦板用高强度、抗氧化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0.30~0.43%),Si 0.5~2.5%(优选为1.7~2.1%),Mn 6.0~13.0%(优选为7.3~9.8%),Cr 15.0~23.0%(优选为17.9~22.3%),Ni 1.0~4.0%(优选为2.4~3.6%),V0.05~0.50%(优选为0.06~0.28%),Nb 0.05~0.50%(优选为0.07~0.19%),N 0.2~0.5%(优选为0.28~0.39%),RE 0.005~0.5%(优选为0.018~0.038%),余量为Fe。
本发明的链篦机篦板用高强度、抗氧化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精密铸造技术,获得成分均匀、组织致密、性能优异的链篦机篦板铸件。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)精密铸造: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,篦板铸件连同型壳入水快速冷却至室温。
在篦板本体取样,检测篦板的室温和高温拉伸性能,其技术指标如下:
室温下,屈服强度480~570MPa,抗拉强度910~995MPa,延伸率40~55%,断面收缩率40~55%。1000℃高温下,屈服强度55~80MPa,抗拉强度105~130MPa,延伸率55~70%,断面收缩率45~55%。
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,链篦机篦板用高强度、抗氧化CNRE稀土耐热钢,具体成分按重量百分比如下:
本实施例中,链篦机篦板用高强度、抗氧化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、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、废钢等在550℃预热超过5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1640℃,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5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=55ppm,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=270ppm的纯铈金属,稀土元素含量99.5wt%。将高纯稀土金属制成约1.0kg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。篦板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950℃进行烘烤,浇注时壳型温度905℃,浇注温度1550℃,平稳快速浇注,浇注完成后25min,篦板铸件连同型壳入水快速冷却至室温。
本实施例中,在篦板本体取样,检测篦板的室温、高温拉伸性能和1000℃氧化500h后的氧化膜截面,评价篦板的强度和抗氧化性能。测试结果如下:
如图2所示,1000℃氧化500h后的氧化膜截面,由图可以看出,未发生明显的沿晶内氧化。室温抗拉强度达到960MPa,1000℃高温抗拉强度达到124MPa,具有较高的室温和高温强度,在服役过程中,晶界第二相抑制沿晶内氧化,具有良好的抗氧化能力,用于链篦机篦板上18个月内不发生变形、开裂和氧化剥落等现象。
实施例2
本实施例中,链篦机篦板用高强度、抗氧化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 | 0.68(C0.33,N0.35) |
Si | 2.1 |
Mn | 7.3 |
Cr | 17.9 |
Ni | 2.05 |
V | 0.28 |
Nb | 0.15 |
RE | 0.038 |
Fe | 余量 |
本实施例中,链篦机篦板用高强度、抗氧化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、氮化铬铁、高碳铬铁、电解锰、镍板、硅铁、铌铁、钒铁、高纯稀土金属等。其中,氮化铬铁破碎至30mm以下,连同硅铁、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,并且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=25ppm,在出钢过程中采用高纯稀土进行稀土处理,高纯稀土金属为全氧含量T.O=150ppm的镧铈混合金属,稀土元素含量99.9wt%。将高纯稀土金属制成约0.2kg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0.07%,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。篦板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910℃进行烘烤,浇注时壳型温度860℃,浇注温度1510℃,平稳快速浇注,浇注完成后15min,篦板铸件连同型壳入水快速冷却至室温。
本实施例中,在篦板本体取样,检测篦板的室温、高温拉伸性能和1000℃氧化500h后的氧化膜截面,评价篦板的强度和抗氧化性能,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 | 483 | 910 | 42.5 | 51 |
1000 | 59 | 109 | 65.5 | 55 |
如图3所示,1000℃氧化500h后的氧化膜截面,由图可以看出,未发生明显的沿晶内氧化。室温抗拉强度达到910MPa,1000℃高温抗拉强度达到109MPa,具有较高的室温和高温强度,在服役过程中,晶界第二相抑制沿晶内氧化,具有良好的抗氧化能力,用于链篦机篦板上18个月内不发生变形、开裂和氧化剥落等现象。
实施例3
本实施例中,链篦机篦板用高强度、抗氧化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 | 0.82(C0.43,N0.39) |
Si | 1.7 |
Mn | 9.5 |
Cr | 20.4 |
Ni | 2.4 |
V | 0.11 |
Nb | 0.19 |
RE | 0.024 |
Fe | 余量 |
本实施例中,链篦机篦板用高强度、抗氧化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、氮化铬铁、高碳铬铁、电解锰、镍板、硅铁、铌铁、钒铁、高纯稀土金属等。其中,氮化铬铁破碎至50mm以下,连同硅铁、低碳铬铁、高碳铬铁、废钢等在700℃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,并且加入硅钙合金进行充分脱氧。锰合金化后,提高钢水温度到1610℃,将氮化铬铁分3批次陆续加入,待钢水不翻腾6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进行稀土处理,高纯稀土金属为全氧含量T.O=210ppm的镧铈混合金属,稀土元素含量99.3wt%。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0.05%,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。篦板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920℃进行烘烤,浇注时壳型温度880℃,浇注温度1530℃,平稳快速浇注,浇注完成后20min,篦板铸件连同型壳入水快速冷却至室温。
本实施例中,在篦板本体取样,检测篦板的室温、高温拉伸性能和1000℃氧化500h后的氧化膜截面,评价篦板的强度和抗氧化性能。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 | 564 | 992 | 41.0 | 44 |
1000 | 77 | 128 | 55.0 | 49 |
如图4所示,1000℃氧化500h后的氧化膜截面,由图可以看出,未发生明显的沿晶内氧化。室温抗拉强度达到992MPa,1000℃高温抗拉强度达到128MPa,具有较高的室温和高温强度,在服役过程中,晶界第二相抑制沿晶内氧化,具有良好的抗氧化能力,用于链篦机篦板上18个月内不发生变形、开裂和氧化剥落等现象。
如图1(a)-(b)所示,高强度、抗氧化CNRE稀土耐热钢链篦机篦板实物图。实施例结果表明,本发明通过篦板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、性能优异的篦板铸件,***解决传统高Cr-高Ni耐热钢篦板变形、开裂、氧化等技术问题,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,链篦机篦传统选材ZG35Cr25Ni12耐热钢,在1000℃氧化500h后,发生严重的沿晶内氧化,很容易造成外层氧化膜剥落,同时导致基体性能恶化。如图6所示,传统选材ZG35Cr25Ni12耐热钢篦板使用6个月后的照片,此类耐热钢篦板的强化方式主要为固溶强化,高温强度不高,在使用过程中经常发生变形、开裂等缺陷,导致篦板过早失效。
Claims (10)
1.一种链篦机篦板用高强度、抗氧化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 0.5~2.5%,Mn 6.0~13.0%,Cr 15.0~23.0%,Ni1.0~4.0%,V 0.05~0.50%,Nb 0.05~0.50%,N 0.2~0.5%,RE 0.005~0.5%,余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的链篦机篦板用高强度、抗氧化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%,C/N=0.9~1.1;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所述的链篦机篦板用高强度、抗氧化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 0.30~0.45%,Si 1.5~2.5%,Mn 7.0~10.0%,Cr 17~23%,Ni 2.0~4.0%,V 0.05~0.30%,Nb 0.05~0.20%,N 0.25~0.40%,RE0.015~0.040%,余量为Fe。
4.根据权利要求1所述的链篦机篦板用高强度、抗氧化CNRE稀土耐热钢,其特征在于,1000℃高温抗拉强度≥100MPa,1000℃氧化后不发生明显的沿晶内氧化,用于链篦机篦板,服役超过12个月不发生变形、开裂和氧化剥落现象。
5.一种权利要求1至4之一所述的链篦机篦板用高强度、抗氧化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精密铸造技术,获得成分均匀、组织致密、性能优异的篦板铸件,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)精密铸造:浇注温度1500~1550℃,平稳快速浇注,浇注完成后≤30min,篦板铸件连同型壳入水快速冷却至室温。
6.根据权利要求5所述的链篦机篦板用高强度、抗氧化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所述的链篦机篦板用高强度、抗氧化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所述的链篦机篦板用高强度、抗氧化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所述的链篦机篦板用高强度、抗氧化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所述的链篦机篦板用高强度、抗氧化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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