高温抗氧化铬硅铸钢制造技术

一种高温抗氧化合金铸钢，以铬、硅、铝、钛、硼及稀土等作为主要合金元素，合金的组织结构比其它种类箅条稳定性好、氧化膜主要是尖晶石和Ｃｒ↓［２］Ｏ↓［３］，其与基体的附着力优于高铬镍铸铁。由于氧化膜不起皮，在箅条上沉积了烧结矿的Ｋ、Ｃａ等碱金属的高熔点化合物，提高了铸钢的抗氧化性能，使用寿命长，成本低，具有良好的铸造性能。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术属于耐热高温合金钢，特别适用于烧结机箅条。目前，国内烧结机多用中硅球铁篦条，特别是采用机上冷却法的烧结机、由于箅条高温抗氧化性差，运行寿命低，不仅造成材料、能耗的增加，且工人劳动强度大，更换频繁，降低了生产作业率，污染了环境。若采用国外高铬镍合金铸铁篦条，如日本的Cr25Ni，由于含镍、钼、钨、钒等元素，使箅条成本高，价格贵。另外，因为此类铸铁含碳量高，组织中铬的碳化物量大，使基体的铬含量低，不利于抗氧化性的改善。在铸态下相组成是奥氏体＋铁素体＋碳化物，性脆，在烧结机冷热交变使用中热胀冷缩体积变化大，易发生断裂。金相观察表明，高温氧化膜与基体界面微孔及空洞多，附着不紧密易起皮，影响使用寿命。本专利技术的目的是为克服现有技术的不足，结合国内资源和生产使用要求，研制一种高温性能好，使用寿命长，成本低的新型篦条用高温抗氧化铬硅铸钢。为实现上述专利技术目的，本专利技术的高温抗氧化铬硅铸钢的化学成分设计如下，按重量百分比为C 0.4～1.4％，Si 0.8～3.0％，Mn 0.25～2.0％，Cr 16～34％，Al 0.08～2.0％，S≤0.04％，P≤0.04％，以及Ti 0.08～1.0％，B0.003～0.05％，Re 0.01～0.20％，其余为Fe。本专利技术是通过合金成分的选择，使其在箅条的表面形成保护性好的氧化物层膜，成为氧及基体各元素的原子互扩散的障碍壁垒，减少氧化膜厚度方向上的裂纹及其长度，提高氧化膜的断裂韧性，降低氧化膜内部发生应变的级别，改善氧化膜的物相结构和附着力，提高钢的热强性，根据这样的考虑，合金元素成分设计考虑的原则如下1、碳合金中的碳主要起两方面的作用，其一是起固溶强化作用；其二是主宰碳化物的多少，提高铸造的流动性，冶炼过程脱氧。随着高铬合金钢中碳含量的增加，晶格畸变增大，在高温下发生碳氧化学反应的机会相应增多，并造成氧化膜的微孔及空洞，因而降低了抗氧化性能。另外，钢的基体中存在大量碳化物，特别是M23C6型的碳化物，对抗氧化很不利。碳化物类型不同在合金中所起强化作用也不同。理论和实践指出， 当碳原子半径Rc同金属原子半径Rm之比Rc/Rm＜0.59时，形成间隙相，可增加热强性。综合考虑，新耐热篦条用抗氧化铸钢含碳量范围控制在0.5～1.4％。2、铬铬与铁可完全固溶，它与碳的亲和力大于Mn、Fe、Co、Ni等，为了使合金在900℃以下基体为单相α，含铬量应大于16％。随着钢中铬含量的增加，其抗氧化性能也升高。因此，为了保持高温下氧化损失少，铬含量选16～34％为宜。3、铝、硅铝和硅元素都能有效地提高合金的抗氧化性能。铸钢中添加Si 3％，使材料氧化增重降至最低值。但是随着硅含量增加，脆性增大，高温强度降低。综合考虑这些情况，硅含量选1.0～3.0％为宜。铝的抗氧化性是十分显著的，但铝大于2％时，基体晶粒粗大，高温脆性较大，因此Al≤2％为好。4、稀土Re加入稀土元素，可明显提高合金的抗氧化性及持久性能。其原因是La、Ce的原子半径比其它基体合金元素在周期表中的原子序数都大的多，使晶格畸变，降低Cr+3的激和能，增大Cr+3离子的扩散系数，使Cr2O3快速形成。此外，还可以起钉扎氧化膜的作用，与硫形成高熔点的化合物，降低钢中S元素的有害作用，净化晶界及氧化膜与基体的交界面。在铸造结晶过程中，是孕育剂，细化晶粒。扫描电镜观察表明，本专利技术加入0.01～0.20％Re，其氧化膜与基体之间的界面相当平坦，没有凸凹缺欠，没有明显的边界，提高了钢的抗氧化性。5、加入B、Ti等以提高热强性及抗氧化性能，特别是对于本专利技术的合金钢氧化膜组织和性能的改善有明显的效果，提高抗氧化膜的细碎破损，细化晶粒，减少多孔的氧化膜组织。加入量B为0.003～0.01％，Ti为0.08～1.0％。本专利技术的铬硅铸钢试验情况和结果如下1、冶炼及铸造试验箅条用钢是在450kg中频感应电炉中冶炼。原料采用普碳中板废钢、高碳铬铁、中碳铬铁、硅铁锰铁、钛铁、硼铁、含硅稀土铁合金及少量的铝。按设计成分的中限配合金料，铬铁随炉废钢料加入炉底。待料熔净后加入硅铁和锰铁，用石灰粉∶铝粉＝1∶2脱氧剂复盖钢液。当温度达到要求，加入复合脱氧剂及插入少量铝进行终脱氧合金化后，按顺序加入钛铁、硼铁，最后，使用钟罩压入稀土合金。为了减少铸造件的缺陷，提高试验品的质量，便于分清化学成分及铸造工艺对产品性能的影响，第一批试验箅条采用熔膜铸造，其后批量试产品使用普通湿砂型铸造。实践结果表明，本专利技术的铸钢生产工艺简单易行，由于箅条铸件小，湿砂型铸造对产品的性能质量影响甚微，生产成本比高铬镍铸铁低。试验样用钢的化学成分如表1。2、力学性能试验高温拉伸试验只做了Cr23Si2AlTiBRe钢，按照GB4338-84标准方法进行的，每个温度测定2个试样，试验结果示于表2。另外部分试验钢的硬度及室温的冲击值列于表3。从试验数据知，试验钢的高温强度满足实际使用要求。3、抗氧化试验抗氧化试验是按照GB/T13303-91I标准，采用增重法测定试样的抗氧化特性。试验温度950℃。按照标准规定及使用条件，采用周期加热和冷却的方式，大约每隔20小时循环一次。采取到温入炉，达到规定的时间从热炉中取出。另外，为了对比，在同样的条件下，同试验钢一起进行了Cr25Ni、QT球铁试验。抗氧化性试验样品增重(g)结果示于表4。根据标准，试样氧化的速度可用下式计算K+=M1-MoSot---(1)]]>式中M1-是试验后试样和坩埚的重量；Mo-是试验前试样和坩埚的重量；So-是试样的原表面积；t-是试验热处理时间。根据表4数据及按式(1)计算的结果示于表5、6、及图1。另外，从表6及图2、3的数据表明，本专利技术的合金铸钢在950℃下氧化动力学的曲线，单位面积氧化增重可近似用下式表示qn＝Kt (2)式中n-是与温度无关的，表示钢和氧化介质特性的系数；K—是氧化的速度常数。对(2)式经整理推导得dq/dt＝q/nt(3)式(3)表明，若已知某钢种在高温下氧化单位面积的增重及氧化时间，可求出真实的氧化增重速度。式(2)较完整的反映了金属材料氧化动力学规律，当1＜n＜2，表明氧化不仅与固相中的扩散有关，而且还与氧和基体的化学反应速度有关。氧化与化学反应速度的关系越密切，n值愈接近于1，当氧化完全是氧与基体的化学反应，呈直线规律。指数愈大，表明氧化膜增长的阻力愈大，当氧化的时间无限延长时(t＝∝)，值趋于零。这表明，氧化膜不易脱落，在生长达到一定厚度时，使扩散相当缓慢，外界环境的各种气氛难与基体发生化学反应，那么箅条的寿命有可能相当长，这正是人们所希望的。4、抗生长试验抗生长试验是在RJX-12型可控硅自动调压式箱式电炉上，按照GB 9337-88标准要求进行的。用三种试验钢的铸态毛坯样加工成Φ20mm×100mm尺寸，试样两端镀镍，用千分卡精确测量试样的长度三次取平均数值做为原始长度，而后放在950℃下连续烧150小时，取出待完全冷却到室温后精确测量每个试样长度尺寸三次，取平均数。按下式进行计算生长率。λ=L1-LOLO×100%---(4)]]>式中L0-是试样原始长度，mm；L1-是试验后的试样长度，λ-是规定时间内本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高温抗氧化铬硅铸钢，特别适用于制造烧结机箅条，其特征在于以铬、硅、铝、钛、硼、稀土作为主要合金元素，其化学成分，按重量百分比为：Ｃ０．４～１．４％；Ｓｉ０．８～３．０％；Ｍｎ０．２５～２．０％；Ｃｒ１６～３４％；Ａｌ０．０８～２．０％；Ｓ≤０．０４％；Ｐ≤０．０４％；以及Ｔｉ０．０８～１．０％；Ｂ０．００３～０．０１％；Ｒｅ０．０１～０．２０％；其余为Ｆｅ。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：张德品，张世江，袁其兴，
申请(专利权)人：首钢总公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]