一種新型的鐵素體耐熱鑄鋼及其生產(chǎn)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種新型的鐵素體耐熱鑄鋼，它由以下元素按重量百分比（wt%）組成：C：0.15-0.55%，Si：0.3-1.5%，Mn：0.5-2.0%，P：≤0.05%，S：0.05-0.15%，Cr：12-18%，Ni：0-1.8%，N：0.01-0.1%，Re:0.1-1.0%，Mo：0-2%，Nb：0-4%，F(xiàn)e余量。本發(fā)明鐵素體耐熱鑄鋼其常溫抗拉強(qiáng)度≥500MPa，屈服強(qiáng)度≥400MPa，伸長(zhǎng)率≥1%，由該材料澆注的零部件的耐高溫溫度達(dá)到850℃以上。本發(fā)明鐵素體耐熱鑄鋼可以替代鉻鎳奧氏體耐熱鑄鋼，具有高性能低成本特點(diǎn)，適合制作渦輪排氣歧管、鍋爐、熱閥體等零部件。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種新型的鐵素體耐熱鑄鋼及其生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于合金鋼領(lǐng)域，尤其涉及一種新型鐵素體耐熱鑄鋼及其生產(chǎn)方法，此耐熱鑄鋼在850°C以上具有較好的高溫抗氧化、高溫抗疲勞性及抗裂紋性的，這種材料尤其適合制造汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪排氣歧管、鍋爐、熱閥體等零部件，具有顯著的高性能、成本低的特點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【背景技術(shù)】
[0002]耐熱鑄鋼中耐熱性能較好的主要有奧氏體耐熱鑄鋼和鐵素體耐熱鑄鋼:奧氏體耐熱鑄鋼耐熱性能較好，主要是通過(guò)加入較多的鉻、鎳等貴金屬來(lái)提高耐熱性能，因此生產(chǎn)成本較高，而鐵素體耐熱鑄鋼在貴金屬鎳方面加入量較少，生產(chǎn)成本大大降低，但是其耐熱性能較差。而隨著全球?qū)?jié)能減排要求的日益苛刻，耐熱鑄件的質(zhì)量要求越來(lái)越高，同時(shí)生產(chǎn)成本也在增加。因此，為了提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)滿足客戶對(duì)耐熱鑄鋼的質(zhì)量要求，迫切需要開(kāi)發(fā)一種新型的高性能低成本的耐熱鑄鋼材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的問(wèn)題是提供一種新型的鐵素體耐熱鑄鋼及其生產(chǎn)方法，由該材料澆注的鑄件具有較好的高溫抗氧化性、高溫?zé)崞谛约案邷乜沽鸭y性等特點(diǎn)，同時(shí)具有低成本、鑄造性好等優(yōu)點(diǎn)。
[0004]本發(fā)明一種新型的鐵素體耐熱鑄鋼，它由以下元素按重量百分比(wt%)組成:C:
0.15-0.55%, Si:0.3-1.5%, Μη:0.5-2.0%, P: ^ 0.05%, S:0.05-0.15%, Cr: 12-18%, Ni:0-1.8%, N:0.01-0.1%, Re: 0.1-1.0%, Mo:0-2%, Nb:0-4%, Fe 余量。
[0005]本發(fā)明鐵素體耐熱鑄鋼的生產(chǎn)方法為:(1)配料:按鐵素體耐熱鑄鋼的化學(xué)成分，稱取所需重量的廢鋼、增碳劑、鉻鐵、鎳板、氮化鉻鐵、稀土合金、鑰鐵、鈮鐵、硫鐵、錳鐵、硅鐵等爐料；(2)熔煉:中頻感應(yīng)電爐冷爐啟動(dòng)前，先裝入廢鋼、增碳劑、鉻鐵、鑰鐵等爐料、待鋼水熔化后扒渣加入鎳板、鈮鐵，當(dāng)鋼液溫度達(dá)到1500°C時(shí)加入氮化鉻鐵、硫鐵、稀土合金，快速升溫至1600°C以上時(shí)，快速爐前金相后加入硅鐵、錳鐵、硅鈣進(jìn)行脫氧，當(dāng)鋼水溫度達(dá)到1660°C時(shí)迅速出鋼；(3)出鋼、澆注:出鋼前澆包包襯要烘烤透徹，澆包內(nèi)加入少許鋁塊進(jìn)行終脫氧；鋼水出完后迅速扒渣并在澆注過(guò)程中擋渣；澆注結(jié)束后，待鑄型冷卻后，開(kāi)箱即獲得鐵素體耐熱鑄鋼。
[0006]本發(fā)明鐵素體耐熱鑄鋼采用中頻感應(yīng)電爐熔煉獲得，通過(guò)合理的熔煉工藝生產(chǎn)得到。本發(fā)明鐵素體耐熱鑄鋼優(yōu)化了傳統(tǒng)鐵素體耐熱鑄鋼的化學(xué)成分，通過(guò)少加鉻、少加鎳或不加鎳合金，采用微量的氮、稀土、鈮、鑰等元素取代，提高鐵素體耐熱鑄鋼的高溫性能，從而獲得一種新型的鐵素體耐熱鑄鋼新材料，其常溫抗拉強(qiáng)度> 500MPa，屈服強(qiáng)度≥400MPa，伸長(zhǎng)率≥1%，由該材料澆注的零部件的耐高溫溫度達(dá)到850°C以上。本發(fā)明鐵素體耐熱鑄鋼可以替代鉻鎳奧氏體耐熱鑄鋼，具有高性能低成本特點(diǎn)，適合制作渦輪排氣歧管、鍋爐、熱閥體等零部件?！緦?zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的金相組織圖；
圖2為本發(fā)明實(shí)施例2的金相組織圖；
圖3為本發(fā)明實(shí)施例3的金相組織圖；
圖4為本發(fā)明實(shí)施例4的金相組織圖。
【具體實(shí)施方式】
[0008]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體內(nèi)容做進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0009]本發(fā)明一種新型的鐵素體耐熱鑄鋼，它由以下元素按重量百分比(wt%)組成:C:
0.15-0.55%, Si:0.3-1.5%, Μη:0.5-2.0%, P: ^ 0.05%, S:0.05-0.15%, Cr: 12-18%, Ni:0-1.8%, N:0.01-0.1%, Re: 0.1-1.0%, Mo:0-2%, Nb:0_4%，余量為 Fe。
[0010]本發(fā)明鐵素體耐熱鑄鋼的生產(chǎn)方法為:(1)配料:按鐵素體耐熱鑄鋼的化學(xué)成分，稱取所需重量的廢鋼、增碳劑、鉻鐵、鎳板、氮化鉻鐵、稀土合金、鑰鐵、鈮鐵、硫鐵、錳鐵、硅鐵、硅鈣等爐料；(2)熔煉:中頻感應(yīng)電爐冷爐啟動(dòng)前，先裝入廢鋼、增碳劑、鉻鐵、鑰鐵等爐料、待鋼水熔化后扒渣加入鎳板、鈮鐵，當(dāng)鋼液溫度達(dá)到1500°C時(shí)加入氮化鉻鐵、硫鐵、稀土合金，快速升溫至1600°C以上時(shí)，快速爐前金相后加入硅鐵、錳鐵、硅鈣進(jìn)行脫氧，當(dāng)鋼水溫度達(dá)到1660°C時(shí)迅速出鋼；(3)出鋼、澆注:出鋼前澆包包襯要烘烤透徹，澆包內(nèi)加入少許鋁塊進(jìn)行終脫氧；鋼水出完后迅速扒渣并在澆注過(guò)程中擋渣；澆注結(jié)束后，待鑄型冷卻后，開(kāi)箱即獲得鐵素體耐熱鑄鋼。
[0011]其中，硅鈣、硅鐵、錳鐵和鋁為脫氧劑，其中硅鈣合金的成分:硅60-75%，鈣2-4%，鋇3-6%，鋁小于1%，余為鐵；硅鐵合金成分:硅71-75%，鈣0.8-1.5%，鋁0.7-1.2%，余為鐵；錳鐵合金成分:錳72-78%，碳1.5-2.5%，余為鐵，或錳鐵為金屬錳，錳含量> 99% ;鋁為純鋁。
[0012]稀土合金為普通稀土硅鐵，成分:稀土 15-30%，鈣1-4%，鋇2_5%，硅30_60%，余量為鐵。
[0013]廢鋼選用普通的廢鋼板，其中:C:0.8-0.15%，S1:0.15-0.25%，Μη:0.2-0.6%，P< 0.01%, S < 0.01%。
[0014]實(shí)施例1:在中頻感應(yīng)電爐熔煉，(1)配料:按新型鐵素體耐熱鑄鋼的化學(xué)成分，稱取所需重量的68.14%廢鋼、增碳劑0.06%,27.9%鉻鐵、0.2%鎳板、0.3%氮化鉻鐵、0.9%稀土合金、0.9%鑰鐵、0.3%鈮鐵、0.4%硫鐵、0.6%硅鐵、0.3%錳鐵等爐料。(2 )熔煉:中頻感應(yīng)電爐冷爐啟動(dòng)前，先裝入廢鋼、增碳劑、鉻鐵、鑰鐵等爐料、待鋼水熔化后扒渣加入鎳板、鈮鐵，當(dāng)鋼液溫度達(dá)到1500°C時(shí)加入氮化鉻鐵、硫鐵、稀土合金，快速升溫至1600°C以上時(shí)，快速爐前金相后加入硅鐵、錳鐵、硅鈣進(jìn)行脫氧，當(dāng)鋼水溫度達(dá)到1660°C時(shí)迅速出鋼。(3)出鋼、澆注:出鋼前澆包包襯要烘烤透切，澆包內(nèi)加入少許鋁塊進(jìn)行終脫氧。鋼水出完后迅速扒渣并在澆注過(guò)程中擋渣。澆注結(jié)束后，待鑄型冷卻后、開(kāi)箱即獲得得新型鐵素體耐熱鑄鋼，其化學(xué)成分、力學(xué)性能、金相組織分別見(jiàn)表1、表2、圖1。
[0015]實(shí)施例2:在中頻感應(yīng)電爐熔煉，(1)配料:按新型鐵素體耐熱鑄鋼的化學(xué)成分，稱取所需重量的66.82%廢鋼、增碳劑0.18%,29.6%鉻鐵、0.5%鎳板、0.3%氮化鉻鐵、0.64%稀土合金、0.4%鑰鐵，0.26%鈮鐵、0.4%硫鐵、0.6%硅鐵、0.3%錳鐵等爐料。(2)熔煉:中頻感應(yīng)電爐冷爐啟動(dòng)前，先裝入廢鋼、增碳劑、鉻鐵、鑰鐵等爐料、待鋼水熔化后扒渣加入鎳板、鈮鐵，當(dāng)鋼液溫度達(dá)到1500°C時(shí)加入氮化鉻鐵、硫鐵、稀土合金，快速升溫至1600°C以上時(shí)，快速爐前金相后加入硅鐵、錳鐵、硅鈣進(jìn)行脫氧，當(dāng)鋼水溫度達(dá)到1660°C時(shí)迅速出鋼。(3)出鋼、澆注:出鋼前澆包包襯要烘烤透切，澆包內(nèi)加入少許鋁塊進(jìn)行終脫氧。鋼水出完后迅速扒渣并在澆注過(guò)程中擋渣。澆注結(jié)束后，待鑄型冷卻后、開(kāi)箱即獲得得新型鐵素體耐熱鑄鋼，其化學(xué)成分、力學(xué)性能、金相組織分別見(jiàn)表1、表2、圖2。
[0016]實(shí)施例3:在中頻感應(yīng)電爐熔煉，(1)配料:按新型鐵素體耐熱鑄鋼的化學(xué)成分，稱取所需重量的64.12%廢鋼、增碳劑0.08%,31.1%鉻鐵、1.9%鎳板、0.3%氮化鉻鐵、0.64%稀土合金、0.3%鑰鐵、0.26%鈮鐵、0.4%硫鐵、0.6%硅鐵、0.3%錳鐵等爐料。(2)熔煉:中頻感應(yīng)電爐冷爐啟動(dòng)前，先裝入廢鋼、增碳劑、鉻鐵、鑰鐵等爐料、待鋼水熔化后扒渣加入鎳板、鈮鐵，當(dāng)鋼液溫度達(dá)到1500°C時(shí)加入氮化鉻鐵、硫鐵、稀土合金，快速升溫至1600°C以上時(shí)，快速爐前金相后加入硅鐵、錳鐵、硅鈣進(jìn)行脫氧，當(dāng)鋼水溫度達(dá)到1660°C時(shí)迅速出鋼。(3)出鋼、澆注:出鋼前澆包包襯要烘烤透切，澆包內(nèi)加入少許鋁塊進(jìn)行終脫氧。鋼水出完后迅速扒渣并在澆注過(guò)程中擋渣。澆注結(jié)束后，待鑄型冷卻后、開(kāi)箱即獲得得新型鐵素體耐熱鑄鋼，其化學(xué)成分、力學(xué)性能、金相組織分別見(jiàn)表1、表2、圖3。
[0017]實(shí)施例4:在中頻感應(yīng)電爐熔煉，(1)配料:按新型鐵素體耐熱鑄鋼的化學(xué)成分，稱取所需重量的62.23%廢鋼、增碳劑0.42%,33.6%鉻鐵、1.1%鎳板、0.3%氮化鉻鐵、0.64%稀土合金、0.15%鑰鐵、0.26%鈮鐵、0.4%硫鐵、0.6%硅鐵、0.3%錳鐵等爐料。(2)熔煉:中頻感應(yīng)電爐冷爐啟動(dòng)前，先裝入廢鋼、增碳劑、鉻鐵、鑰鐵等爐料、待鋼水熔化后扒渣加入鎳板、鈮鐵，當(dāng)鋼液溫度達(dá)到1500°C時(shí)加入氮化鉻鐵、硫鐵、稀土合金，快速升溫至1600°C以上時(shí)，快速爐前金相后加入硅鐵、錳鐵、硅鈣進(jìn)行脫氧，當(dāng)鋼水溫度達(dá)到1660°C時(shí)迅速出鋼。
(3)出鋼、澆注:出鋼前澆包包襯要烘烤透切，澆包內(nèi)加入少許鋁塊進(jìn)行終脫氧。鋼水出完后迅速扒渣并在澆注過(guò)程中擋渣。澆注結(jié)束后，待鑄型冷卻后、開(kāi)箱即獲得得新型鐵素體耐熱鑄鋼，其化學(xué)成分、力學(xué)性能、金相組織分別見(jiàn)表1、表2、圖4。
[0018]在本發(fā)明鐵素體耐熱鑄鋼中，所用稀土為稀土硅鐵合金，其中鈰/鑭>4，鈰的含量> 20%，該稀土硅鐵同時(shí)含有少量的鈣、鋇元素，與稀土合用，具有以下作用:稀土可凈化鋼液，使鋼水中的氧含量大大降低，同時(shí)改善氧化皮的結(jié)構(gòu)，使氧化皮變得致密，在冷熱循環(huán)的使用環(huán)境里，氧化皮不易脫落，從而大大提高了鋼的高溫抗疲勞性和高溫抗氧化性；鈮添加在鋼液中，能形成穩(wěn)定的鈮碳化物，細(xì)化晶粒，大大增加高溫強(qiáng)度；鑰添加在鋼液中，能細(xì)化晶粒，降低碳化物 在晶界形成連續(xù)網(wǎng)狀的傾向，降低低溫脆性；氮添加在鋼液中，雖是強(qiáng)奧氏體化元素，但少量的氮能細(xì)化晶粒，提高高溫強(qiáng)度，降低熱脆傾向；稀土、鈮、鑰、氮的組合可以有效的發(fā)揮各元素的作用，凈化鋼液、細(xì)化晶粒、提高高溫耐氧化性、高溫強(qiáng)度、冷熱疲勞性及降低脆性。本發(fā)明鐵素體耐熱鑄鋼能在850°C以上的高溫環(huán)境里下使用，具有較好的高溫抗氧化性、高溫抗疲勞性能以及抗裂紋性能，可以替代鉻鎳奧氏體耐熱鑄鋼，具有高性能低成本特點(diǎn)，適合制造渦輪排氣歧管、鍋爐、熱閥體等零部件。
[0019]表1新型鐵素體耐熱鑄鋼的化學(xué)成分
【權(quán)利要求】
1.一種新型的鐵素體耐熱鑄鋼，其特征是:它由以下元素按重量百分比(Wt%)組成:C:0.15-0.55%, Si:0.3-1.5%, Μη:0.5-2.0%, P:≤ 0.05%, S:0.05-0.15%, Cr: 12-18%, Ni:0-1.8%, N:0.01-0.1%, Re: 0.1-1.0%, Mo:0-2%, Nb:0_4%，余量為 Fe。
2.權(quán)利要求1所述的 鐵素體耐熱鑄鋼的生產(chǎn)方法為:(1)配料:按鐵素體耐熱鑄鋼的化學(xué)成分，稱取所需重量的廢鋼、增碳劑、鉻鐵、鎳板、氮化絡(luò)鐵、稀土合金、鑰鐵、銀鐵、硫鐵、猛鐵、娃鐵等爐料；(2)熔煉:中頻感應(yīng)電爐冷爐啟動(dòng)前，先裝入廢鋼、增碳劑、鉻鐵、鑰鐵等爐料，待鋼水熔化后扒渣加入鎳板、鈮鐵，當(dāng)鋼液溫度達(dá)到1500°C時(shí)加入氮化鉻鐵、硫鐵、稀土合金，快速升溫至1600°C以上時(shí)，快速爐前金相后加入硅鐵、錳鐵、硅鈣進(jìn)行脫氧，當(dāng)鋼水溫度達(dá)到1660°C時(shí)迅速出鋼；(3)出鋼、澆注:出鋼前澆包包襯要烘烤透徹，澆包內(nèi)加入少許鋁塊進(jìn)行終脫氧；鋼水出完后迅速扒渣并在澆注過(guò)程中擋渣；澆注結(jié)束后，待鑄型冷卻后，開(kāi)箱即獲得鐵素體耐熱鑄鋼。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生產(chǎn)方法，其特征在于:所述的硅鈣、硅鐵、錳鐵和鋁為脫氧劑，其中硅鈣合金的成分:硅60-75%，鈣2-4%，鋇3-6%，鋁小于1%，余為鐵；硅鐵合金成分:硅71-75%，鈣0.8-1.5%，鋁0.7-1.2%，余為鐵；錳鐵合金成分:錳72-78%，碳1.5-2.5%，余為鐵，或猛鐵為金屬猛，猛含量> 99% ;招為純招。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熔煉方法，其特征在于:所述的稀土合金為普通稀土硅鐵，成分:稀土 15-30%，鈣1-4%，鋇2-5%，硅30-60%，余量為鐵。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熔煉方法，其特征在于:所述的廢鋼選用普通的廢鋼板，其中:C:0.8-0.15%, Si:0.15-0.25%, Μη:0.2-0.6%, P < 0.01%, S < 0.01%。
【文檔編號(hào)】C22C38/60GK103668002SQ201310583243
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月20日
【發(fā)明者】趙曉輝 申請(qǐng)人:馬鞍山瑞輝實(shí)業(yè)有限公司