专利名称：铬镍氮铌高温耐热耐磨铸钢的制作方法
技术领域：
本发明涉及耐热耐磨铸钢，特别是铬镍氮铌高温耐热耐磨铸钢。
在电力、冶金、建材等工业企业有许多高温磨损工况。目前火力发电厂锅炉多在高温高压下运行，其喷燃器火嘴要在1000～1300℃的高温下工作，同时要承受严重的煤粉冲刷磨损，因此，该喷燃器火嘴要求很高的耐热耐磨性能。目前国内多采用1Cr18Ni9Ti、Cr25Ni20、Cr18Ni25Si2、Cr33Ni9N等钢种制作这种喷燃器火嘴。这些钢的耐高温抗磨损性能较差，在使用中喷嘴变形开裂，使用寿命短，不能满足火力发电厂生产的要求。HG220/9.8-LYM锅炉旋风分离器中心筒固定销，原采用美国进口材料Haynes556合金。它是一种含高Co的Ni-Cr-Co高温合金。它在高温下具有高的强度，高的抗腐蚀性能，高的抗氧化性能，但是价格昂贵，急需一种价格低的钢种代替。
本发明的目的是提供一种高温耐热耐磨的铸钢。它能在1000-1300℃高温下抗氧化、抗开裂、抗磨损。用来制造火力发电厂喷燃器火嘴、HG220/9.8-LYM锅炉旋风分离器中心筒固定销及其它在该温度范围工作的构件。
本发明铬镍铌氮高温耐热耐磨铸钢的化学成分(重量％)为C 0.5～1.4％,Si≤2.5％,Mn≤2.5％,Cr 27.0～36.0％,Ni 10.0～20.0％, N 0.2～0.5％, Nb 0.1～1.0％,Re 0.2-0.5％,Fe余量。
本发明铬镍氮铌高温耐热耐磨铸钢选择上述化学成分是基于下面的考虑。
碳(C)提高高温耐热耐磨铸钢的强度、硬度，并是稳定奥氏体的主要元素。碳含量高，钢的强度和硬度高，奥氏体组织稳定，但是钢的韧性差，故碳含量选定在0.5～1.4％的范围内。
铬(Cr)是影响高温耐热耐磨铸钢的抗氧化性能和耐磨性能的主要元素。铬含量低，影响Cr203钝化膜的形成，降低钢的抗氧化性能，又不利于固溶强化和第二相强化，进而降低高温耐热耐磨铸钢的高温强度、硬度和耐磨性能。铬含量过高，增加成本，故铬含量选定在27.0～36.0％的范围内。
镍(Ni)是稳定奥氏体基体和提高高温强度的主要元素。适宜的镍含量可防止铸件变形和开裂。镍含量过低，不利于获得稳定的奥氏体基体，而且铸钢的强度和硬度也降低。镍含量过高，增加成本。故镍含量选定在10.0～20.0％的范围内。
氮(N)强烈地稳定奥氏体基体，与碳一起形成碳氮化物强化相，提高铸钢的高温强度。氮含量选定在0.20～0.50％的范围内。
铌(Nb)是强烈形成碳化物的元素。主要强化晶界，可显著提高铸钢的高温强度、硬度和耐磨性能，并可细化晶粒。本发明铸钢的铌含量选定在0.1～1.0％的范围内。
稀土(Re)加入微量稀土元素可净化钢水，使氧化膜更加稳定，显著提高铸钢的抗氧化性能。但是加入过量稀土元素会产生非金属夹杂物，损害铸钢的机械性能，故稀土含量选定在0.2～0.5％的范围内。
硅(Si)与铬元素一起可形成致密的氧化膜，有利于铸钢的抗氧化性能。但是硅易形成显著降低铸钢强度的化合物，故将硅含量控制在≤2.5％的范围内。
锰(Mn)是稳定奥氏体基体的元素，并且具有固溶强化作用。但是它损害铸钢的抗氧化性能，故将锰含量控制在≤2.5％的范围内。
磷(P)和硫(S)磷和硫为本发明铸钢的有害元素，应尽可能地降低其含量，其控制范围分别为P≤0.06％,S≤0.04％。
本发明铸钢与目前使用的高温耐热钢，特别是用于制造火力发电厂锅炉喷燃器火嘴和HG220/9.8-LYM锅炉旋风分离器中心筒固定销的高温耐热耐磨钢相比，具有以下优点1．本发明铸钢中Cr含量高，Mn含量低，同时还加入多种抗氧化元素，故本发明铸钢具有很高的抗氧化性能。在本发明铸钢中可形成碳氮化物强化相，因此本发明铸钢不仅具有良好的高温耐磨性能，而且在使用中不开裂。
2．本发明铸钢中加入了Nb元素，显著提高了铸钢的高温强度、硬度和耐磨性能。
3．本发明铸钢中加入了稀土元素，细化了晶粒，并提高铸钢的高温强度和抗氧化性能。
4．本发明铸钢综合性能好，不仅具有高的高温强度、硬度和抗氧化性能，而且具有高的高温耐磨性能。本发明铸钢的高强度和抗氧化性能均显著高于Haynes 556合金。
5．本发明铸钢不仅可用于制造火力发电厂锅炉喷燃器火嘴、HG220/9.8-LYM锅炉旋风分离器中心筒固定销，而且可用于制造冶金烧结炉蓖条等高温耐热耐磨构件，使用寿命可提高3～7倍。
下面用实施例进一步说明本发明高温耐热耐磨铸钢。
实施例按照本发明铸钢的化学成分范围进行配料，在感应炉中进行冶炼，共炼了5炉钢。各炉钢具体化学成分见表1。该耐热耐磨铸钢采用炉前脱氧，高温出炉，稀土处理，适温浇注。对于1#合金测量其各项性能，结果列于表2。
表1本发明耐热耐磨铸钢的化学成分(重量％)
表2本发明耐热耐磨铸钢的高温力学性能
<p>1#合金在1200℃,400小时的氧化增重为1.9825克。含高钴的Haynes 556合金在1100℃的σb为50MPa，其在1200℃,400小时的氧化增重为3.8945克。由此可见，本发明耐热耐磨铸钢的高温强度和抗氧化性能均高于Haynes 556合金。用1#合金铸造火力发电厂锅炉喷燃器火嘴，在电厂的实际使用证明寿命大大延长，并且不开裂。
权利要求
1．一种铬镍氮铌高温耐热耐磨铸钢，其特征在于其化学成分(重量％)为C 0.5～1.4％,Si≤2.5％,Mn≤2.5％,Cr 27.0～36.0％,Ni 10.0～20.0％, N 0.2～0.5％, Nb 0.1～1.0％,Re 0.2～0.5％,Fe余量。
全文摘要
本发明公开了一种铬镍氮铌高温耐热耐磨铸钢,其化学成分(重量%)为:C0.5～1.4%,Si≤2.5%,Mn≤2.5%,Cr27.0～36.0%,Ni10.0～20.0%,N0.2～0.5%,Nb0.1～1.0%,Re0.2～0.5%,Fe余量。用该耐热耐磨铸钢制造的发电锅炉喷燃器火嘴使用寿命长,并且不开裂。
文档编号C22C38/48GK1235203SQ9910569
公开日1999年11月17日 申请日期1999年4月22日 优先权日1999年4月22日
发明者李东阁 申请人:李东阁