高温抗氮化耐磨耐热合金材料制造技术

本发明专利技术属于合金钢的制造领域。更适合制备在高温下使用有抗氮化能力的耐磨耐热合金材料。该合金材料的具体化学成分重量％为：Ｃ０．３０－０．４５％，Ｓｉ≤１．５０％，Ｍｎ１．０－２．０％，Ｃｒ１６．０－２０．０％，Ｎｉ２３－２７％，Ｍｏ３．０－５．０％，Ａｌ０．５０－２．０％，ＲＥ０．０２－０．１０％，其余为Ｆｅ。本发明专利技术高温抗氮化耐磨耐热合金与现有技术相比较具有如下优点：有较高的强度和耐磨性，有良好高温抗氮化性能，被用作冶金厂常化炉炉底辊的一次使用寿命大于一年半，比现有技术中的ＨＫ４０合金一次使用寿命提高一倍以上。

【技术实现步骤摘要】
所属领域本专利技术属于合金钢的制造领域。更适合制备在高温下使用有抗氮化能力的耐磨耐热合金材料。
技术介绍
目前在各冶金厂中常用钢板的正火和回火热处理，一般使用温度约为1000℃左右的高温下，为了防止在高温下的钢板氧化，在进行热处理时普遍采用向炉内喷射氮气，使炉内维持设定量的氮气压力来防止钢板的氧化发生。在现有技术中，各冶金厂的常化炉炉底辊普遍是采用4Cr25Ni20Si2(HK40)、3Cr24Ni7SiNRE等耐热合金铸钢材料制备。该类耐热铸钢材料的主要缺点，是在充有氮气的高温条件下进行长期使用后，由于高温氮化使炉底辊表面出现结瘤、凹坑、伤痕等，由于材料的高温强度降低而出现辊身变形，其结果是直接影响到被热处理钢板等产品的处理质量与结果。因此，从上述现有技术中对比材料的使用结果(采用HK40合金制备的炉底辊，其使用寿命还达不到一次大修的一半使用周期)可看出，现有技术的合金材料目前还不能满足厂家的使用要求。专利技术目的与内容本专利技术的目的是提出一种成分设计简单、合理，高温抗氮化、耐磨损性能好，和提高产品使用寿命的高温抗氮化耐磨耐热合金材料。根据本专利技术目的所提出的高温抗氮化耐磨耐热合金材料，其具体技术解决方案是仍采用以铁为基，并根据现有技术中的不足之处而对镍、铬、钼、铝、锰和稀土等主要元素作了必要的限定和适当的调整，因此由本专利技术所提出的高温抗氮化耐磨耐热合金材料的具体化学成分重量％为C0.30-0.45％，Si≤1.50％，Mn 1.0-2.0％，Cr 16.0-20.0％，Ni 23-27％，Mo3.0-5.0％，Al 0.50-2.0％，RE 0.02-0.10％，其余为Fe。我们在设计本专利技术的高温抗氮化耐磨耐热合金材料成分时，主要是考虑该材料的产品因在恶劣环境中使用时，由于产品材料的性能不能满足使用要求而造成产品的使用寿命缩短，因此我们所设计的材料在具备较好的综合性能前题下，还应有提高材料产品的使用寿命要求。因此我们在提出该合金的成分中加入设定量的碳，主要是为提高该合金的耐磨性，同时也考虑到C与Mo、Cr、Mn等元素在形成致密的共晶碳化物时，于高温使用过程中也会形成均匀的二次碳化物，这些二次碳化物会弥散分布在合金基体中，由于碳化物本身具有较高的硬度，使合金材料在保持一定的硬化效果的同时，也会对材料的耐磨性有一定提高。另外在加入Ni、Cr、Mo时，除有少量的形成碳化物外，而大部分的碳是溶入合金的基体，这样可以使基体得到固溶强化和保证合金在高温下具有较高的高温强度。在本专利技术合金成分中降低了Cr含量(与现有技术HK40等耐热铸钢相比)，这样可以减少或防止该材料的产品在渗氮气氛下使用，材料中氮化铬及碳氮化铬的析出，对抗氮化有利。为了不降低合金的抗氧化效果加入1％左右的Al，这样可以形成比Cr2O3更稳定的Al2O3氧化膜结构，明显的提高了合金材料的抗氧化性能。在本专利技术的合金成分设计中考虑到锰和硅的加入，是可以提高合金的抗氧化性能，但是锰还具备有稳定奥氏体基体的作用，但Mn、Si过高会引起合金高温强度的下降，因此在该合金成分中Mn含量应控制在1.0-2.0％较适宜。Si含量应控制在1.5％以下。另外在该合金成分中，稀土元素(RE)加入合金中，除了在冶炼过程中起到脱氧作用外，更重要的是利于夹杂物的球化，可以提高该合金的高温强度和抗氧化性，但含量不宜过高应控制在0.02-0.10％。在本专利技术合金成分的铁是形成基体的基本元素，铁与一定量的镍形成稳定的奥氏体基体，保证合金具备较高的高温强度和耐磨性。本专利技术高温抗氮化耐磨耐热合金材料的制备与现有技术材料的制备相似，该合金材料经电炉冶炼后，可根据设计者要求的产品形状直接浇铸成管坯或其他铸件，待产品铸件脱模打磨后，再进行机加工成炉底辊或其他耐磨耐热铸件的成品。采用本专利技术高温抗氮化耐磨耐热合金与现有技术相比较，本专利技术合金具有如下优点有较高的强度和耐磨性，有良好高温抗氮化性能，用作冶金厂常化炉炉底辊的一次使用寿命大于一年半，比现有技术中的HK40合金一次使用寿命提高一倍以上。具体实施方案我们的实施例是采用在本专利技术合金化学成分范围内进行的对比实验，实验是在非真空感应炉中进行的冶炼，实验共制备了4炉本专利技术合金和1炉对比合金(实施例合金化学成分见表1)，实验方法与现有技术方法相同，实验所用材料是采用Si、Mn以Si-Fe、Mn-Fe形式在冶炼后期加入，Al和RE在出钢前直接插入钢液中，出钢温度为1600℃。制备过程是采用卧式离心铸造法直接铸成管坯；待管坯清理后再经机加工制备成成品炉底辊，制成的炉底辊可直接用于氮气保护常化炉热处理生产线中进行寿命考核。为了对比方便，我们同时也对合金材料进行高温强度的测试，其实施例合金的机械性能和使用寿命的比较结果见表2。由实施例的对比结果可看到，本专利技术合金的高温拉伸强度高于常用的HK40铸钢，用作炉底辊使用18个月后表面仍很光滑，未发现有结瘤、凹坑、划痕及辊身变形现象，这说明本专利技术材料的抗氮化和耐磨性明显优于对比钢，其使用寿命也较HK40铸辊高出一倍以上。在下列对比表中的序号1-4为本专利技术合金，序号5对比合金。表1本专利技术实施例合金与现有技术合金的化学成分对比，重量％ 表2本专利技术实施例合金现有技术合金的高温拉伸性能和使用寿命 权利要求1.一种高温抗氮化耐磨耐热合金材料，其特征在于该合金材料的具体化学成分重量％为C 0.30-0.45％，Si≤1.50％，Mn 1.0-2.0％，Cr 16.0-20.0％，Ni 23-27％，Mo 3.0-5.0％，Al 0.50-2.0％，RE 0.02-0.10％，其余为Fe。全文摘要本专利技术属于合金钢的制造领域。更适合制备在高温下使用有抗氮化能力的耐磨耐热合金材料。该合金材料的具体化学成分重量％为C 0.30－0.45％，Si≤1.5 0％，Mn 1.0－2.0％，Cr 16.0－20.0％，Ni 23－27％，Mo3.0－5.0％，Al 0.50－2.0％，RE 0.02－0.10％，其余为Fe。本专利技术高温抗氮化耐磨耐热合金与现有技术相比较具有如下优点有较高的强度和耐磨性，有良好高温抗氮化性能，被用作冶金厂常化炉炉底辊的一次使用寿命大于一年半，比现有技术中的HK40合金一次使用寿命提高一倍以上。文档编号C22C38/44GK1563469SQ200410029749公开日2005年1月12日 申请日期2004年3月26日 优先权日2004年3月26日专利技术者王延庆, 蒙肇斌, 尹法杰, 焦兰英, 张旭瑶, 曾炳胜, 乔雪璎 申请人:钢铁研究总院本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高温抗氮化耐磨耐热合金材料，其特征在于该合金材料的具体化学成分重量％为：Ｃ０．３０－０．４５％，Ｓｉ≤１．５０％，Ｍｎ１．０－２．０％，Ｃｒ１６．０－２０．０％，Ｎｉ２３－２７％，Ｍｏ３．０－５．０％，Ａｌ０．５０－２．０％，ＲＥ０．０２－０．１０％，其余为Ｆｅ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王延庆，蒙肇斌，尹法杰，焦兰英，张旭瑶，曾炳胜，乔雪璎，
申请(专利权)人：钢铁研究总院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]