一种中碳FeCrSiWMoAl沉没辊用钢及其制造方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种合金钢及其制备方法，具体地说是一种中碳FeCrSiWMoAl沉没车昆 用钢及其制造方法，用于热镀锌、热镀铝锌生产线。 二、
【背景技术】
[0002] 热镀锌、热镀铝锌生产线沉没辊装置最高会在620-650 °C的高温铝锌液中服役，对 沉没辊装置的材质要求非常高，既要有耐高温腐蚀性能，又要兼备耐高温磨损性能。国内沉 没辊材料大都选用高铬镍合金钢316L、317L，国外的材质也基本都是在316L、317L的基础上 进行延伸，产品耐高温腐蚀、耐高温磨损性能一直没有较大突破，加上高铬镍合金成本高、 使用周期短，频繁更换造成了生产企业的成本二次增加。受沉没辊装置材质的制约，国内生 产沉没辊装置使用寿命短、出镀铝锌板效率低，导致国内高档镀铝锌板主要依靠进口，造成 了严重的资源浪费。 三、
【发明内容】
[0003] 本发明是为了避免高铬镍合金钢316L、317L耐高温腐蚀、磨损性能较差、使用寿命 较短的不足，提供一种中碳FeCrSiWMoAl沉没辊用钢及其制造方法，该钢不仅具有良好的耐 高温腐蚀磨损性能，而且成本较低。
[0004] 本发明解决技术问题所采用的技术方案是：
[0005] 本发明中碳FeCrSi丽oAl沉没辊用钢，其组分按质量百分比构成如下：
[0006] C：0.40-0.50%,Cr :9.0-11.0% , Si :1-2.5% ,ff :0.5-1.5% ,M〇：0.5-1.5% ,RE：〇-0.4%，Ti:0-1.5%，A1:1-3%，P:0.01-0.045%，S:0.01-0.045%，其他金属和非金属元素 总量<3%，余量为Fe。
[0007] 其他金属和非金属元素包括N、H、0、Al、Cu、Ni、Nb、Zr、V、W、Co、B、Ta、Mg、Ca、Zn、K、 Y、Sn、Pb、Ba中的一种或几种。
[0008] 本发明中碳FeCrSi丽oAl沉没辊用钢的制造方法，包括配料、共同熔炼、浇铸成型 以及热处理各单位过程：
[0009] 1、共同熔炼
[0010]将配比量的各原料置于1550-1650°C下熔炼至所有原料熔化，静置15分钟，得到熔 炼液；
[0011] 2、浇铸成型
[0012] 将步骤1得到的熔炼液静置冷却至1400-1500°c，扒渣后浇于铸模中，浇铸成型得 到铸锭，随后将所得铸锭置于900-950°C下保温2-10小时进行均匀化退火；
[0013] 所述铸模使用前预先于200-500°C预热0.5-2小时。
[0014] 3、热处理
[0015] 将退火后的铸锭依次进行淬火、回火处理，即得中碳FeCrSi丽oAl沉没辊用钢。
[0016] 所述淬火处理是在450-650°C下预热0.5-2小时，再加热到950-1050°C保温0.5- 1.5小时后进行淬火冷却，淬火冷却采用油冷方式；
[0017] 所述回火处理是将淬火后的铸锭于600-700°C保温1-3小时后空冷至室温。
[0018]本发明方法的设计依据是：
[0019] C:C是钢中的组元之一。本发明沉没辊材料中C量的控制是为了保证合金得到好的 强度、硬度、韧性、耐蚀性的配合，尤其是保证其固溶于淬火Μ中或与W、Cr、Ti等合金元素作 用形成高硬度、高稳定性的合金碳化物，使合金有足够的硬度和耐磨性，避免316L、317L钢 由于超低的含碳量导致的合金的硬度、耐磨性明显偏低。含碳量偏低，材料的韧性和耐蚀性 将得以提高，但耐磨性会不够;含碳量过高，材料的硬度、耐磨性会改善，但韧性和耐蚀性会 下降。
[0020] Cr:铬是提高钢的淬透性、使钢强化的重要元素，同时也是提高钢的耐蚀性的重要 元素。以往的316L、317L沉没辊材质中，含铬量多高于14%。本发明沉没辊选择铬含量为9一 11%之间。Cr有强烈提高淬透性作用，保证铸后合金为马氏体组织，回火后获得保持有明显 马氏体针遗迹的细小索氏体组织，同时Cr与C形成碳化物可强化硬化合金，提高耐磨性，且 有提高回火稳定性及热疲劳抗力作用。因为偏低的含铬量对材料的耐腐蚀性不利;而偏高 的铬含量对韧性不利，且会提高成本。另外含铬量的选择还要兼顾铬量与碳量的合理匹配。
[0021] Si:有固溶强化、提高淬透性作用，进入阻挡层，可增加 Zn在其中的扩散系数，阻止 Zn的扩散，抑制腐蚀。但Si易使合金脆化，量不宜太多，应不超过2.5 %。
[0022] W:加入钨元素可提高钢的回火稳定性和高温强硬度，是合金具有较高的高温耐磨 性。进入阻挡层，可明显增加 Zn在其中的扩散系数，强烈阻止Zn的扩散，抑制腐蚀。。但由于W 的价格昂贵，为了控制合金成本，加入量不超过1.5%。
[0023] Mo:加入少量Mo元素可提高合金淬透性。可提高钢的回火稳定性和高温强硬度，是 合金具有较高的高温耐磨性。进入阻挡层，可明显增加 Zn在其中的扩散系数，强烈阻止Zn的 扩散，抑制腐蚀。。但由于Mo的价格昂贵，为了控制合金成本，加入量不超过1.5%。
[0024] A1:由于铝锌液中的A1先于Zn与Fe反应形成Fe5Al2层，起到抑制锌原子扩散的作 用，有利于提高其耐蚀性，但过多，会引起合金强度、耐磨性下降。
[0025] RE和Ti :加入少量稀土可以净化、细化组织，提高耐蚀性。Ti元素能起到强化作用， 能阻止Zn在阻挡层中的扩散，抑制腐蚀。RE、Ti的加入对阻挡层的细化、增韧作用，使阻挡层 致密、完整、不碎裂。但量不能高，分别控制在0.4 %和1.0 %以下。
[0026] P、S及其他金属与非金属元素:P会引起热脆，S易引起冷脆。其他金属与非金属元 素在本发明沉没辊中均作为杂质，其量需严格控制。
[0027] 沉没辊、稳定辊工作环境为接近620_650°C的高温铝锌液，其主要失效形式为高温 腐蚀和磨损，由于辊面所受载荷有限，腐蚀问题显得更为重要。其中腐蚀来源于Zn、Fe在高 温下的互溶、扩散反应，而316L等奥氏体型不锈钢通过加入大量的Cr、Ni等元素形成单相奥 氏体组织的抗腐蚀机理在此环境下是不适用的，而且由于超低的含碳量，合金的硬度、耐磨 性明显偏低，因此该类合金设计思想是偏颇的，无法得到高耐铝锌磨蚀性能。且其中Ni含量 达到14%，占合金成本的一半以上，明显提高了成本，造成了资源的浪费。
[0028]与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
[0029] 1、本发明沉没辊用钢通过合金设计，使沉没辊经熔炼、铸造和热处理后，获得保持 有明显马氏体针遗迹的细小索氏体组织，硬度为58-60HRC，抗拉强度为800-850MPa，冲击韧 性31(为20-5(^.〇11_2,620-650°(：铝锌液中均匀腐蚀速率为0.2-0.68 1_2*11_1，在沉没辊的 工作环境下具有很好的耐磨、耐蚀性，其寿命是316L、317L沉没辊的2倍。
[0030] 2、本发明沉没辊按照新的合金设计思路，采用无 Ni的合金设计，以中碳（0.40-0.50%)、中铬(9-11%)为基础，加入适量的3^〇、1^1和少量的11及稀土。与3161^、3171^沉 没辊相比，由于含Ni量为0,成本明显降低。 四、【具体实施方式】
[0031] 以下通过实施例对本发明作进一步描述。
[0032] 1、配料
[0033]本发明实施例中碳FeCrSi丽oAl沉没辊用钢按重量百分比的材料成分如下表1:
[0034] 表 1
[0035] Luujoj 2、市丨」奇
[0037] (1)共同熔炼
[0038]将配比量的各原料置于1600°C下熔炼至所有原料熔化，静置15分钟，得到熔炼液； [0039] (2)浇铸成型
[0040]将步骤（1)得到的熔炼液静置冷却至1400_1500°C，扒渣后浇于铸模中，浇铸成型 得到铸锭，随后将所得铸锭置于930°C下保温3小时进行均匀化退火；
[0041 ]所述铸模使用前预先于300°C预热1小时。
[0042] (3)热处理
[0043] 将退火后的铸锭依次进行淬火、回火处理，即得中碳FeCrSi丽oAl沉没辊用钢。 [0044] 所述淬火处理是在550°(：下预热1小时，再加热到950-1050°(：保温0.5-1.5小时后 进行淬火冷却，淬火冷却采用油冷方式；
[0045] 所述回火处理是将淬火后的铸锭于650°C保温2小时后空冷至室温。
[0046]实施例1，含碳量为0.40,保证了合金有较高的塑韧性，保证其固溶于淬火后的Μ中 或与W、Cr、Ti等合金元素作用形成高硬度、高稳定性的合金碳化物，合金有较高的硬度和耐 磨性，避免316