一种火力发电厂用铸态耐磨钢及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种火力发电厂用铸态耐磨钢及其制造方法。化学成分百分含量：Ｃ０．３０－０．４５，Ｓｉ１．５－２．５，Ｍｎ１．５－２．５，Ｃｒ１．００－２．００，Ｍｏ０．３－０．８，Ｎｉ０．３－１．００，Ｐ≤０．０４，Ｓ≤０．０４，Ｍｇ０．００１－０．００６，Ｃａ０．００１－０．００６，Ｒｅ０．０１－０．０６，Ｚｒ０．０１－０．０５，Ｎｂ０．０１－０．１，Ｔａ０．００１－０．００５，余为Ｆｅ。耐磨性、耐蚀性、焊接性好。工艺简便易行，成本低。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及铬钼合金钢
，具体是一种火电厂输送煤粉及除灰等管道用铸态耐磨钢及其制造方法。火力发电厂在制粉除灰系统中，大量使用输送煤粉、煤灰直管、弯管、三通管件(以下简称管道)等易损件，长期处于煤粉、煤灰冲刷靡损，管道的性能直接影响火电厂的安全经济运行。目前，国内普通使用普通A3钢制作直管、弯管，由于其硬度低，耐磨性差，使用中常被磨穿漏粉，使用寿命达不到一个大修期要求，影响发电厂安全经济运行。为了提高管道的使用寿命，国内开展了铸造管道材料的研究。《金属热处理》1996年第8期18页“大口径低合金钢耐磨弯管雾风冷却”一文公开的C 0.35-0.5％，Si 0.4-0.7％，Mo 0.15-0.30％，Cr 1.0-1.6％，Mn0.7-1.4％，耐磨钢，由于所含Si、Mn、Mo含量低，无铸态自硬化能力，必需采用传统的重新加热进行复杂的淬火—回火热处理，且需雾风强制冷却，才能使管件获得较高硬度HRC48-55，但在高硬度条件下，在现场安装焊接过程，易出现冷裂纹，这也是其不足之处。近年来，国外亦采用低合金耐磨钢制造输煤粉管道，例如美国用AISI4340H钢，其化学组成(％)C 0.37-0.45，Si 0.20-0.35，Mn 0.60-0.90，Cr 0.65-0.90，Cr 0.65-0.95，Mo 0.20-0.30，Ni 1.50-2.00，Cu＜0.35，P＜0.04，S＜0.04，其不足之处一是含Ni量高，生产成本太高，二是这种钢同样需采用重新加热进行淬火、回火热处理，才能使钢具有高硬度，提高耐磨性，但在高硬度条件下(HRC＞50)，焊接性能变坏，在现场安装过程中，易产生焊接裂纹，且当管件管径较大，长度较长时，尚需大型热处理电炉，致使许多工厂无法对其进行热处理，同时要消耗大量能源，生产成本高。本专利技术的目的是提供一种发电厂输送管件用铸态耐磨钢及其制造方法，该钢不仅具有较高的硬度、耐磨性、耐蚀性和一定韧性，而且具有较好的铸造性质、焊接性能、可铸态使用。制造该种钢的方法简便易行，节省了设备和能源，生产成本较低。本专利技术目的之一是这样实现的一种火力发电厂输送管件用铸态耐磨钢，其特征在于具有如下化学成分百分含量C 0.30-0.45，Si 1.5-2.5，Mn 1.5-2.5，Cr 1.00-2.00，Mo 0.3-0.8，Ni 0.3-1.00，P＜0.04，S＜0.04，Mg0.001-0.006，Ca 0.001-0.006，RE 0.01-0.06，Zr 0.01-0.05，Nb 0.01-0.1，Ta 0.001-0.005。其最佳化学成分百分含量C 0.35-0.42，Si 1.6-2.0，Mn 1.6-2.2，Cr 1.0-1.50，Mo 0.4-0.6，Ni 0.4-0.6，Mg 0.002-0.004，Ca 0.002-0.004，RE 0.02-0.04，Zr 0.02-0.04，Nb 0.03-0.06，P＜0.04，S＜0.04，余为Fe。现将本专利技术铸态耐磨钢的化学成分设计依据及限定含量范围的理由综述如下(1)碳量在耐磨钢中是最基本最重要的元素，其含量多少直接决定铸件的硬度、耐磨性、韧性、可焊性。提高含碳量，可提高硬度、耐磨性，但韧性可焊性降低。为保证耐磨铸件具有较高硬度、耐磨性、韧性，以及较好熔铸、焊接等工艺性能，本专利技术钢选定碳含量为0.30-0.45％范围内是合适的。(2)锰量其强烈扩大奥氏体区域，抑制珠光体转变，可明显提高淬透性，锰能锐硫，净化钢水，又是较便宜的元素，可加入较高锰量，以提高硬度、耐磨性，但过多将促使晶粒粗大，焊接性变差，故选定1.5-2.5％。(3)硅量硅能固溶强化提高硬度、强度，硅亦能使珠光体转变C曲线右移，提高钢的淬透性，硅促使钢在连续冷却过程中形成贝氏体组织，使钢具有良好的强韧性，本专利技术钢利用硅的上述作用，加入较多硅量，硅能提高抗回火稳定性，防止输送煤粉管道软化(使用温度为250℃左右)，降低耐磨性，但过量硅会促使钢产生柱状晶，严重降低韧性，综合考虑选定硅量为1.5-2.5％。(4)铬、镍、钼铬、镍、钼三元素均可提高钢的淬透性，三元素配合加入则会大幅度提高钢的淬透性，采用热开箱空冷的方法，可使钢获得贝氏体—马氏体双相组织具有优良的综合力学性能，但Cr、Ni、Mo等含量过多，会增大铸钢成本，且Cr、Mo形成过多碳化物降低韧性，焊接性能，故选取Cr 1.0-2.0％，Mo 0.3-0.8％，Ni 0.3-1.0％。本专利技术钢不加硼元素，只加少量镍元素以及多元微量合金元素，除大幅度提高钢的淬透性外，还改善钢的焊接性能，获得贝氏体—马氏体双相组织，具有良好的综合力学性能及工艺性能，这是本专利技术钢与现有技术重要区别之一。上述化学成分的铸钢虽能铸态热开箱空冷条件下能淬硬，但由于不再进行重新加热淬火—回火过程，晶粒粗大、韧性低，故本专利技术加入多元微量元素，使铸件热开箱空冷条件下组织细化致密，韧性大幅度提高，保证管件使用安全可靠。本专利技术钢加入以下微量元素，其作用机量论述如下锆、铌、钽均是强细化晶粒元素，向钢中加入微量锆、铌、钽，能显著细化晶粒，提高钢的韧性，焊接性能，这是保证本专利技术钢铸态使用的措施之一，经反复试验，其合适加入量锆为0.01-0.05％，Nb 0.01-0.1％，钽为0.001-0.005％。稀土、镁、钙稀土RE可净化钢水，细化晶粒，改善夹杂物形态和分布，提高韧性，本专利技术钢加入微量Ca是强脱氧剂，可净化钢水，并起微合金化作用，细化组织，提高钢塑韧性，进一步改善钢的焊接性能，可防止焊接冷裂纹的产生，加入微量Ca，可充分脱氧、脱硫、去气、净化晶介Ca与S、O易于化合形成CaS和CaO，减少S、O有害作用。镁在高温状态下发生汽化，促使钢液沸腾，起到去气，搅拌，净化钢水的作用，可细化晶粒，消除非金属夹杂物造成的钢的脆性和热裂现象，提高钢的塑、韧性，焊接性能，但这三个元素加入量不可过多，否则易产生氧化夹杂，损害钢的性能，合适加入量为RE 0.01-0.06％，Ca 0.001-0.006，Mg 0.001-0.006％。硫、磷在本专利技术钢中视为有害杂质，应尽可能降低其含量，应控制在P≤0.030，S≤0.030％。本专利技术还提供了上述钢的如下制造方法其特征是在Fe-C合金中，加入Si、Mn、Cr、Ni、Mo合金元素，再加入多元微量元素Nb、Ta、Zr、Mg、Ca、RE，按所要求化学成分配料，在电炉中熔化(把熔炼烧损考虑进去)，升温至1560-1580℃，加入铝脱氧，将高稀土低镁合金FeSiMg2RE27、SiCa合金及包头1#稀土硅合金加入钢水包底部，用钢水冲熔进行炉前三元复合变质处理，使Mg、Ca、RE等达到所要求的化学成分，将钢水浇注到砂型型腔中，凝固后，铸件在型腔中冷却到900℃-950℃时，热开箱，将铸件放置空气中冷却，当冷至300℃-350℃时，立即将铸件放进砂坑中埋砂冷却至室温即可。由于本专利技术钢铸造性能优，可浇铸壁厚8-30毫米各种规格的直管、弯管。铸件在型中凝固冷到至900-950℃时，热开箱取出铸件，在空气中冷却，当铸件冷却到300-350℃时，再将铸件埋入砂坑中缓冷至室温即可，从管件本体取样其硬度可达HRC45-50，ak≥20J/c本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种火力发电厂用铸态耐磨钢，其特征在于具有如下化学成分百分含量：Ｃ ０．３０－０．４５，Ｓｉ １．５－２．５，Ｍｎ １．５－２．５，Ｃｒ １．００－２．００，Ｍｏ ０．３－０．８，Ｎｉ ０．３－１．００，Ｐ≤０．０４，Ｓ≤０．０４，Ｍｇ ０．００１－０．００６，Ｃａ ０．００１－０．００６，ＲＥ ０．０１－０．０６，Ｚｒ ０．０１－０．０５，Ｎｂ ０．０１－０．１，Ｔａ ０．００１－０．００５，余为Ｆｅ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王树炎，刁家亮，梁尽忠，沈忠，牟锡民，王铁重，
申请(专利权)人：河北电力设备厂，
类型：发明
国别省市：13[中国|河北]