一种耐热耐磨合金钢及其制备方法技术

一种耐热耐磨合金钢，由以下成分及重量百分比组成：C：0.25~0.35%、Cr：17~19%、Mn：17~19%、Si：0.6~1.2%、Ti：0.6~1.0%、W：1.2~2.0%、P≤0.02%、S≤0.02%、Y：0.05~0.25%、Ce：0.05~0.25%和Al：0.025~0.05%，余量为Fe。耐热耐磨合金钢制备方法：将废钢、低碳铬铁、电解锰装入炉中，熔化；钢液温度大于1580℃时吹氧；钢液中插入70%铝‑20%硅‑10%钙丝/吨，液面加入1%碳‑50%硅‑49%钙复合粉，造渣，加入钛铁和钨铁，钢包底加入钇‑铈基混合稀土，出钢温度1620~1640℃；铸件浇注温度1530~1580℃；热处理温度1050~1100℃，铸件出炉后入水，水温不高于38℃。本发明专利技术通过成分优化设计，熔体净化及热处理工艺优化，获得热强性和高耐磨耐热钢。

【技术实现步骤摘要】
一种耐热耐磨合金钢及其制备方法
本专利技术涉及金属材料领域，具体涉及一种耐磨耐热钢及其制备方法。
技术介绍
电力、冶金、水泥、建材、化工等工业装备关键部件承受高温氧化和介质冲刷磨损工况，如电力行业喷火嘴在高温工况下承受煤料冲刷，冶金行业篦条在输送炉渣过程中承受1000℃高温，同时承受炉渣的磨损，水泥行业篦板在1000℃高温工况下承受水泥的冲刷磨损，化工石油裂解管在近1000℃高温环境承受介质的冲刷等。在介质冲刷作用下，高温氧化形成的氧化膜被磨损冲刷，新的表面暴露，又形成氧化膜，新形成的氧化膜又被磨损，周而复始。在高温磨损工况下，氧化与磨损交互作用，因此就要求合金材料即抗氧化又耐磨损。在耐热材料基体中分布硬质点碳化物起抗磨损功能而凸出于基体，承担主要磨损功能，基体支撑碳化物不脱落，同时凸出基体的碳化物对基体有屏蔽作用，保护基体不被严重磨损，同时基体形成的致密氧化物与基体结合紧密，不易磨损掉。因此，均匀分布的硬质点碳化物，使其材料基体抗氧化性能高，晶粒细化可增加硬质点碳化物。CN102230141A公开了一种链篦机篦板用耐热钢，成分与重量百分比：C：0.25~0.35%、Si：1.25~1.75%、Cr：27~29%、Ni：7~9%、Mn：0.3~0.5%、W：0.15~0.25%、Ti：0.05~0.15%,余量为Fe。耐热性和耐磨性不高。CN102618804A、CN102888568A、CN103643171A均含较高Ni，耐热性好，但耐磨性不高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种兼具耐热耐磨性的合金钢。本专利技术另一个目的在于提出一种所述耐热耐磨合金钢的制备方法。本专利技术所述耐热耐磨合金钢由以下成分及重量百分比组成：C：0.25~0.35%、Cr：17~19%、Mn：17~19%、Si：0.6~1.2%、Ti：0.6~1.0%、W：1.2~2.0%、P≤0.02%、S≤0.02%、Y：0.05~0.25%、Ce：0.05~0.25%和Al：0.025~0.05%，余量为Fe。优选的耐热耐磨性合金钢由以下成分及重量百分比组成：C：0.28~0.32%、Cr：17.5~18.5%、Mn：17.5~18.5%、Si：0.7~1.0%、Ti：0.7~0.9%、W：1.5~1.8%、P≤0.02%、S≤0.02%、Y：0.08~0.20%、Ce：0.08~0.20%和Al：0.03~0.04%，余量为Fe。本专利技术所述的耐热耐磨性合金钢的制备方法由以下步骤组成：1.将废钢、低碳铬铁、电解锰装入炉中，熔化，充分搅拌钢液，造渣，渣量不低于炉料的3%，在1530~1550℃间扒渣，造新渣；2.吹氧：钢液温度大于1580℃时吹氧，出液压力0.5~1.0MPa，时间5~10分钟；3.还原：钢液中插入1~1.5Kg70%铝-20%硅-10%钙丝/吨，液面加入1%碳-50%硅-49%钙复合粉，造渣，渣量达到3.5~4%，保持20分钟后加入钛铁和钨铁；4.出钢：将钢水倒入经烘烤的浇包中，钢包底加入0.2~0.8%的粒度3~5mm的钇-铈基混合稀土，出钢温度1620~1640℃；5.浇注：铸件浇注温度1530~1580℃；6.热处理：温度1050~1100℃，水韧处理，铸件出炉后入水时间不超过30秒，水温不高于38℃。C是耐热钢不可或缺的元素，碳固溶于耐磨耐热钢中强化基体，与Cr、Ti等元素形成碳化物，提高耐磨性和热强性。但太多的C热疲劳性差，太低则耐磨性差，因此本专利技术C的成分范围0.25~0.35%。Cr一部分固溶于钢中提高钢的耐热性，一部分与碳形成碳化物提高耐磨性，但太高易形成脆性相σ，材料热强性和耐磨性均降低，本专利技术Cr选择范围17~19%。Mn是奥氏体化元素，是取代Ni最有效的元素之一，固溶于钢中的Mn在一定范围内通过热处理可获得奥氏体钢。Mn含量低不能完全获得奥氏体组织，耐热性差；含量高对熔体净化难度大，本专利技术Mn选择范围17~19%。W固溶于基体中提高热强性。使之适用于更高的温度环境，同时W与C形成化合物以及固溶于铬的碳化物中均有利于耐磨性提高，本专利技术选择范围1.2~2.0%。Ti与C形成TixCy，作为奥氏体形核和W的碳化物结晶核心，从而细化基体，同时改善W的碳化物形态，本专利技术选择范围0.6~1.0%。Al-Si-Ca和C-Si-Ca是熔体净化去除氧元素。钇和铈用于熔体净化。本专利技术耐磨耐热钢采用电弧炉熔炼，熔炼初期炉料完全熔化后，采用吹氧除渣，为后期还原提高效率创造条件。在还原过程中插入铝-硅-钙丝沉淀脱氧，和1%碳-50%硅-49%钙复合粉扩散脱氧。由于Ti和W易氧化，在还原后期加入，防止Ti和W烧损。为消除二次氧化影响，在出钢后钢包中加入钇-铈基混合稀土进一步脱氧。热处理采用1050~1100℃保温，消除晶界碳化物，水韧处理温度不大于38℃，出炉入水时间不超过30秒，防止水韧处理对晶界析出碳化物。本专利技术通过成分优化设计，熔体净化及热处理工艺优化，获得热强性和高耐磨耐热钢。本专利技术具有以下有益效果：1）本专利技术可以获得耐高温奥氏体基体，提高耐热性；2）本专利技术获得高硬度的含Ti、W的碳化物，提高高温耐磨性；3）本专利技术获得细晶，提高耐热钢强韧性；4）本专利技术可明显提高耐热性能，1000℃时：硬度提高15~25%，1000小时高温持久强度σ10001000提高15~25%，氧化增重降低10~20%，使用寿命提高25~35%。具体实施方式实施例1耐热耐磨钢的成分及重量百分比为：C：0.28%、Cr：17.5%、Mn：17.5%、Si：0.8%、Ti：0.7%、W：1.4%、P≤0.02%、S≤0.02%、Y：0.15%、Ce：0.15%和Al：0.03%，余量为Fe。将废钢、低碳铬铁、电解锰等原材料装入电弧炉中，熔化，充分搅拌钢液，造渣，渣量为炉料的3.2%，在1535℃间扒渣，造新渣；钢液温度为1585℃吹氧，出液压力0.8MPa，时间8分钟；每吨钢液中插入1.2Kg70%铝-20%硅-10%钙丝，根据成分要求补加合金材料，液面加入1%碳-50%硅-49%钙复合粉，造渣，渣量达到3.6%，保持20分钟后加入钛铁、钨铁；将钢水倒入经烘烤的浇包中，钢包底加入0.2%的钇-铈基混合稀土，粒度3~5mm，出钢温度1635℃；铸件浇注温度1570℃；热处理温度1070℃，水韧处理，铸件出炉后入水时间为28秒，水温35℃。经测试本专利技术的耐磨耐热钢1000℃时硬度41HV，σ10001000为19MPa，氧化增重51g/cm2，比ZG40Cr25Ni20在1000℃时的硬度、σ10001000分别提高18%和13%，氧化增重比ZG40Cr25Ni20降低13%。用本专利技术的耐磨耐热钢及方法制备的火电厂喷火嘴寿命比ZG40Cr25Ni20提高28%。实施例2耐热耐磨钢，其成分按重量百分比为：C：0.3%、Cr：18%、Mn：18%、Si：1.0%、Ti：0.8%、W：1.6%、P≤0.02%、S≤0.02%、Y：0.2%、Ce：0.2%和Al：0.035%，余量为Fe。将废钢、低碳铬铁、电解锰等原材料装入电弧炉中，熔化，充分搅拌钢液，造渣，渣量为炉料的3.5%，在1540℃间扒渣，造新渣；钢液温度为1590℃吹氧，出液压力0.7MPa本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐热耐磨合金钢，其特征是由以下成分及重量百分比组成：C：0.25~0.35%、Cr：17~19%、Mn：17~19%、Si：0.6~1.2%、Ti：0.6~1.0%、W：1.2~2.0%、P≤0.02%、S≤0.02%、Y：0.05~0.25%、Ce：0.05~0.25%和Al：0.025~0.05%，余量为Fe。

【技术特征摘要】
1.一种耐热耐磨合金钢，其特征是由以下成分及重量百分比组成：C：0.25~0.35%、Cr：17~19%、Mn：17~19%、Si：0.6~1.2%、Ti：0.6~1.0%、W：1.2~2.0%、P≤0.02%、S≤0.02%、Y：0.05~0.25%、Ce：0.05~0.25%和Al：0.025~0.05%，余量为Fe。2.根据权利要求1所述的耐热耐磨合金钢，其特征是由以下成分及重量百分比组成：C：0.28~0.32%、Cr：17.5~18.5%、Mn：17.5~18.5%、Si：0.7~1.0%、Ti：0.7~0.9%、W：1.5~1.8%、P≤0.02%、S≤0.02%、Y：0.08~0.20%、Ce：0.08~0.20%和Al：0.03~0.04%，余量为Fe。3.如权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑开宏，王海艳，王娟，董晓蓉，农登，
申请(专利权)人：广东省材料与加工研究所，
类型：发明
国别省市：广东;44