一種多元素復(fù)合成分耐熱鋼的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種耐熱鋼，特別涉及一種多元素復(fù)合成分耐熱鋼，屬于金屬材料技 術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 耐熱是鋼鋼材的一個(gè)特殊種類(lèi)，指用在高溫環(huán)境下工作的材料，這種鋼材在現(xiàn)代 工業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用；發(fā)電站、鍋爐、燃?xì)廨啓C(jī)、內(nèi)燃機(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)等都需要在高溫下工 作，同時(shí)耐熱鋼的發(fā)展也和這些專(zhuān)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步緊密相關(guān)。由于各類(lèi)機(jī)器、設(shè)備、裝置使用 的溫度不同、承受的應(yīng)力不同以及所處的工況環(huán)境有比較大的差異，所采用的鋼材種類(lèi)也 不盡相同；目前，耐熱鋼的使用溫度從200°c到1300°C，工作壓力從幾兆帕到幾十兆帕，工 作環(huán)境從單純的氧化氣氛，發(fā)展到硫化氣氛、混合氣氛以及熔鹽和液體金屬等更復(fù)雜的環(huán) 境，為了滿(mǎn)足耐熱條件不斷發(fā)展的要求，耐熱鋼也在不斷地發(fā)展。從最早期的低碳鋼、低合 金鋼，到成分復(fù)雜的、多元合金化的高合金耐熱鋼。冶金廠的各種退火爐罩，可控氣氛連續(xù) 加熱爐的馬弗罐、輻射管、裝料框架、鏈帶等，多采用310 (0Cr25Ni20)或3Cr24Ni7SiNRe、 2Cr25Nil3耐熱鋼等；冶金廠連續(xù)式加熱爐和熱處理爐中大量的爐底輥和輻射管亦 采用高合金耐熱鋼離心鑄管，常用的牌號(hào)有0Crl8Ni9、lCrl8Ni9Ti、0Crl7Nil2Mo2、 3Cr24Ni7SiNRe、0Cr23Nil3、lCr20Nil4、Cr25Ni20Si2、00Crl0Ni20Mo6Cu6、4Cr25Ni35NbW、 70CrMoVBRe、4Cr28Ni48W5Si2、3Cr26Ni4MnMoRe等。在水泥工業(yè)中，濕法水泥窯預(yù)熱帶中 的耐熱鋼鏈條，大型水泥窯蓖冷機(jī)用的篦子板，冷卻機(jī)用的物料斗等，均使用了大量的耐熱 鋼件，如3Cr24Ni7SiNRe、lCr20Nil4、Cr25Ni20Si2等，根據(jù)正火后的組織類(lèi)型，耐熱鋼一 般可以分為珠光體、馬氏體、鐵素體、奧氏體四種類(lèi)型，在較高溫度長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作時(shí)，一般 需要奧氏體耐熱鋼，這種鋼抗蠕變性能好、過(guò)熱敏感性低、抗氧化能力強(qiáng)、焊接性能好，同時(shí) 還具有較高的強(qiáng)度和優(yōu)良的鑄造性能，是耐熱鋼發(fā)展的熱點(diǎn)和重點(diǎn)之一，3Cr24Ni7SiNRe、 Cr25Ni20Si2、4Cr28Ni48W5Si2是這類(lèi)鋼的典型代表。主要用于制造各類(lèi)加熱爐用零件和熱 交換器，制造熱汽輪機(jī)的燃燒室、鍋爐、加熱爐爐底板和輥道以及爐管等，專(zhuān)利CN1118381A 公布了一種高強(qiáng)度耐熱鋼，盡管這種耐熱鋼具有足夠的高溫強(qiáng)度和硬度，而且具有優(yōu)良的 抗氧化和抗腐蝕性能，但是由于含有209T28%的Ni，價(jià)格昂貴，所以造成材料的成本較高。 專(zhuān)利JP60-211054是為了解決鋼的熱加工性能而設(shè)計(jì)的耐熱鋼，其加工性能好，但是其S < 0. 002%，需要專(zhuān)門(mén)對(duì)S元素進(jìn)行提純，因此在冶煉上比較困難。專(zhuān)利CN1033291A公布了 一種鉻錳氮型奧氏體耐熱鋼，其中C0. 4~0. 6%，Cr17~19%，Mn5~7%，Si1~2%，N0. 2~0. 3%， 這種鋼盡管各種元素的含量較低，成本低，但是其工作溫度不超過(guò)900°C，超過(guò)900°C時(shí)，其 力學(xué)性能變壞，不能滿(mǎn)足高溫的工作環(huán)境要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種既具有較好的高溫強(qiáng)度，又有優(yōu)異抗氧化性能和抗蠕 變性能的中碳多元素耐熱鋼，可以在l〇〇〇°C~1250°C長(zhǎng)期穩(wěn)定工作，以滿(mǎn)足各種熱處理爐 爐底板、爐底輥、可控氣氛連續(xù)加熱爐的馬弗罐、裝料框架、各種退火爐罩、通風(fēng)機(jī)葉片滑軌 玻璃水泥窯等多種構(gòu)件的制造和工作要求。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：一種多元素復(fù)合成分耐熱 鋼，所述的耐熱鋼的成分含量以質(zhì)量計(jì)為：C: 0. 25~0. 35%，Cr: 18~20%，Si: 3~4%，Mn: l~L5%，Mo:2~3%，Ni:5~6%，W:3~4%，N:0.2~0.3%，Nb:l~2%，Co:1.5~2.5%，Ce: 0. 1~0. 2%，P< 0. 03%，S< 0. 03%，余量為Fe，優(yōu)選的，所述的耐熱鋼的成分含量以質(zhì)量計(jì) 為：C: 0.25 ~0.3%，Cr: 18 ~20%，Si: 3 ~3.5%，Mn: 1~1.5%，Mo: 2 ~2.5%，Ni:5 ~5.5%，W: 3~4%，N: 0? 2~0? 3%，Nb: 1 ~2%，Co:1. 5~2. 5%，Ce:0? 1 ~0? 2%，P彡 0? 03%，S彡 0? 03%，余 量為Fe，優(yōu)選的，所述的耐熱鋼的成分含量以質(zhì)量計(jì)為：C: 0. 25、. 3%，Cr:18~19%，Si: 3~3. 5%，Mn: 1~1. 5%，Mo: 2~2. 5%，Ni:5~5. 5%，W: 3. 5~4%，N: 0? 2~0? 3%，Nb: 1~2%，Co :1. 5~2. 5%，Ce:0? 15~0? 2%，P彡 0? 03%，S彡 0? 03%，余量為Fe。
[0005] 本發(fā)明的有益技術(shù)效果為：加入Mo,Nb，W等強(qiáng)碳化物形成元素，能提高鋼的高溫 強(qiáng)度，同時(shí)Mo元素的加入，提高了材料的淬透性，加入的稀土Ce元素細(xì)化了晶粒，形成晶 粒細(xì)化，強(qiáng)化了基體。本發(fā)明的耐熱鋼，可以穩(wěn)定地工作在不超過(guò)1250°C的高溫下，抗變 形、抗氧化、耐磨損，和Cr25Ni20Si2、3Cr24Ni7SiNRE相比，其Gb、S、v三項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo) 在1KKTC和1200°C均超過(guò)了對(duì)比材料的水平，〇b是抗拉強(qiáng)度、S是伸長(zhǎng)率，u/是斷面收 縮率，和CrMnN耐熱鋼相比，具有更高的抗氧化性和耐熱溫度，兼且具有較小的時(shí)效脆性?xún)A 向。因此本發(fā)明可以用于熱處理爐的耐熱工件、大型水泥窯蓖冷機(jī)用的篦子板以及其他高 溫重要受力工件上。
【具體實(shí)施方式】
[0006] -種多元素復(fù)合成分耐熱鋼，所述的耐熱鋼的成分含量以質(zhì)量計(jì)為：C: 0? 25~0? 35%，Cr:18~20%，Si: 3~4%，Mn: 1~1. 5%，Mo: 2~3%，Ni:5~6%，W: 3~4%，N: 0? 2~0? 3%，Nb: 1 ~2%，Co:1. 5~2. 5%，Ce:0? 1 ~0? 2%，P彡 0? 03%，S彡 0? 03%，余量為Fe，優(yōu)選 的，所述的耐熱鋼的成分含量以質(zhì)量計(jì)為：C: 0. 25~0. 3%，Cr: 18~20%，Si: 3~3. 5%，Mn: l~L5%，Mo:2~2.5%，Ni:5~5.5%，W:3~4%，N:0.2~0.3%，Nb:l~2%，Co:L5~2.5%，Ce: 0. 1~0. 2%，P< 0. 03%，S< 0. 03%，余量為Fe，優(yōu)選的，所述的耐熱鋼的成分含量以質(zhì)量計(jì) 為：C: 0.25 ~0.3%，Cr: 18 ~19%，Si: 3 ~3.5%，Mn: 1~1.5%，Mo: 2 ~2.5%，Ni:5 ~5.5%，W: 3. 5~4%，N: 0? 2~0? 3%，Nb: 1 ~2%，Co: 1. 5~2. 5%，Ce:0? 15~0? 2%，P彡 0? 03%，S彡 0? 03%，余 量為Fe。
[0007] 本發(fā)明以鐵元素為基體，同時(shí)加入Cr、Si、Mn、Mo、Ni、W、N、Nb、Co、Ce等多種元素 進(jìn)行復(fù)合強(qiáng)化，保證具有較高的高溫強(qiáng)度和抗氧化性，同時(shí)兼具優(yōu)異的塑性和韌性，以下就 各元素在基體中的作用進(jìn)行說(shuō)明。
[0008]C在耐熱鋼中主要是形成各種碳化物，鋼在常溫下的強(qiáng)度隨含碳量增加而增加，碳 含量過(guò)多時(shí)將使合金難于進(jìn)行壓力加工，故一般多小于0.45%。同時(shí)，C和N又是強(qiáng)烈的奧 氏體形成元素，由于Ni元素比較貴重，為了減少Ni元素的消耗，又能獲得奧氏體組織，保持 足夠的高溫強(qiáng)度，鋼在常溫下的強(qiáng)度隨含C量增加而增加，C