專利名稱：一種高溫耐熱合金及其制備方法
技術領域：
本發明涉及ー種合金及其制備方法，特別是涉及ー種耐熱溫度可達1300°C左右的不含鎳或是少含鎳的高溫耐熱合金及其制備方法，屬于黑色金屬冶煉技術領域。本發明給出的這種高溫耐熱鋼廣泛應用于鋼廠軋鋼托輥、導輥、可控氣氛熱處理爐爐用輻射管、熱處理爐用爐底板、熱處理淬火正火退火托盤、熱處理滲碳エ裝、熱處理料框以及高溫高壓運行的發電鍋爐用火嘴、風帽和燃燒器、落灰管和鎂熔煉還原罐等需要耐高溫的構件。特別是在可控氣氛熱處理爐爐用輻射管、熱處理爐用爐底板、熱處理淬火正火退火托盤、熱處理滲碳エ裝、熱處理料框等應用領域更是達到先進水平。
背景技術：
目前，國內外常用 ZG40Cr25Ni20、ZG20Cr25Ni20Si2、ZG25Cr25Ni7 等奧氏體鋼制作高溫輻射管和爐板、淬火托盤、料框等耐熱構件，這些鋼高溫抗滲碳、抗硫蝕性差，其最高使用溫度均不超過1100°C，并且在600-800°C有脆化影響。因此在使用中常有變形、開裂、氧化、硫化氫腐蝕等現象，影響使用壽命。傳統高溫合金中含鎳量極高，在鎳價高漲的今天勢必加大生產成本和消耗大量資源。目前，高溫運行的發電鍋爐燒嘴溫度高達1300°C，現國外采用的Cr25Ni20等耐熱鋼，使用壽命僅6個月，現在研究的鐵素體鐵鉻鋁電熱鋼雖可在1400°C下抗氧化，但要求精煉，不能用于鑄造。公開號為CN1876877的發明專利申請給出了ー種新型材料納米陶瓷復合代鎳合金，并試圖替代貴金屬鎳來制備耐熱鋼，然而，制備出來的耐熱鋼僅限于在燒結機的爐篦條上使用，使用溫度也在1100°C以下且不能在水冷油冷中應用。本發明人通過實驗和探索，發明了使用溫度高并且可用于水冷和油冷的熱處理工裝、工具以及熱處理設備上使用的新型耐熱鋼。時至今日，本發明人尚未檢索到本領域利用納米陶瓷復合代鎳合金替代貴金屬 鎳來制備耐熱溫度達1300°C左右的高溫耐熱鋼的信息公布
發明內容
:本發明的目的就在于克服現有技術存在的上述不足，研制ー種新型、可用于鑄造的不含鎳或少含鎳的高溫耐熱合金及其制備方法，通過大量實驗對現有高溫耐熱鋼合金成分的不斷優化和制備方法的改進，提供了一種新的高溫耐熱合金(簡稱GWNR1300)及其制備方法，解決了現有技術存在的上述問題。本發明通過在鋼中以納米陶瓷復合代鎳合金(以下簡稱D代鎳合金)替代鎳和調整鋼的化學成分，使其獲得良好的機械性能、焊接性能、鑄造性能以及加工性能，并應在1250 1350°C下抗氧化、抗滲碳、抗硫蝕。避免了在600-800°C脆化現象，且具有較高的高溫強度。且抗拉強度比傳統高溫合金(如ZG2Cr25Ni20Si2)提高20%以上，使用壽命延長40%以上，成本降低30%。同時可用于水冷和油冷的熱處理工裝、工具以及熱處理設備上使用的新型耐熱鋼。本發明給出的技術解決方案是:這種高溫耐熱合金的特點是其成分為(Wt% ):C:0.10 0.40，Cr:18 28，Mn:彡 1.0，S 彡 0.03，P:彡 0.025，
S1:0.5 2.(代鎳合金):1 8N1:彡10余量為鐵。為更好的實現本發明的目的，所述高溫耐熱合金較好的成分為(Wt% ):C:0.2 0.22，Cr:24 26，Mn 彡 1.0，S 彡 0.03，P 彡 0.025，S1:1.3 1.5，D(代鎳合金):3 6，N1:2.0 2.2，余量為鐵。為更好的實現本發明的目的，所述高溫耐熱合金較好的成分為(Wt% ):C:0.22，Cr:25，Mn:0.89，S:0.029，P:0.024，S1:1.4，D(代鎳合金):5.0，N1:2.3，余量為鐵。為更好的實現本發明的目的，所述高溫耐熱合金較好的成分為(Wt% ):C:0.24，Cr:23，Mn:1.0，S:0.03，P:0.022，S1:1.5，D(代鎳合金):5.40，N1:1.56，余量為鐵。為更好的實現本發明的目的，所述高溫耐熱合金較好的成分為(Wt% ):C:0.20，Cr:22，Mn:1.1，S:0.03，P:0.022，S1:1.6，D(代鎳合金):4.80，N1:0，余量為鐵。為更好的實現本發明的目的，所述高溫耐熱合金較好的成分為(Wt% ):C:0.21，Cr:25， Mn:1.0，S:0.03，P:0.022，S1:0.62，D(代鎳合金):5.60，N1:1.0，余量為鐵。為更好的實現本發明的目的，所述高溫耐熱合金較好的成分為(Wt% ):C:0.25，Cr:20，Mn:1.2，S:0.04，P:0.021，S1:1.4，D(代鎳合金):6.80，N1:1.0，余量為鐵。本發明給出的這種高溫耐熱合金的各組分均可由市場上購得，其中D代鎳合金為公開號CN1876877的發明專利申請給出的納米陶瓷復合代鎳合金。本發明給出的這種高溫耐熱合金的制備方法為:當金屬爐料熔化到1630°C溫度時，倒出三分之ー鋼水于澆包中，將D代鎳合金加入電爐中，同時將鋼水倒回到電爐中，繼續升高溫度至1650-1670°C時即可出鋼水、除渣進行澆注，然后進行650 750°C保溫3-5小時爐冷退火處理。也可以在熔煉金屬爐料的同時加入D代鎳合金，但需要進行均勻攪拌，升高出鋼水溫度至1650°C時，除渣進行澆注，然后進行650 750°C保溫3-5小時爐冷退火處理。本發明與現有技術相比，其有益效果是:本發明的鋼種可用普通中頻、エ頻感應電爐熔煉，利用常規爐料，采用通用的鋳造方法進行生產。D代鎳合金的加入，與鉻金屬配合保證高溫抗氧化性的前提下，經回火處理，提高機械強度和高溫強度。特別是在抗氧化方面與加鎳合金(如ZGlCr25Ni20)相比具有很大優勢(表I)。抗拉強度比傳統高溫合金(如ZG2Cr25Ni20Si2)提高20%以上，使用壽命延長40%以上。可用于水冷和油冷的熱處理工裝、工具以及熱處理設備上使用的新型耐熱鋼。本發明適用于工作在1250 1350°C及低于該溫度的耐熱結構件，并具有高溫下抗氧化、抗滲碳、抗硫蝕的特點。可用于高溫加熱爐爐底板、淬火正火托盤、料框、輻射管、電廠鍋爐高溫燒嘴、鋼廠軋鋼托輥、導輥、鎂熔煉還原罐等。本發明的最大特點是在提高高溫使用壽命的同時，相應減小了エ裝的重量，降低了能源的消耗，特別是大幅降低了爐底板、淬火正火托盤、料框、輻射管、電廠鍋爐高溫燒嘴、鋼廠軋鋼托輥、導輥、鎂熔煉還原罐等的制造成本，提高利潤。
具體實施方案下面結合具體實例對本發明的技術方案做詳細介紹:實施例1生產淬火用托盤，料盤重三噸，爐料按照下列成分配比(Wt%):C:0.22，Cr:25，Mn:0.89，S:0.029，P:0.024，S1:1.4，D (代鎳合金):5.0，N1:2.3，余量為鐵。進行澆注，除D代鎳合金以外的其他合金組份在電爐中進行熔煉。當溫度達到澆注溫度1620°C時，倒出三分之ー鋼水，同時加入D代鎳合金。繼續加熱提高1650 1670°C出水澆注。退火處理后，機械性能為抗拉強度710Mpa，屈服強度560Mpa，延伸7%，硬度HB241。使用ニ年零七個月，托盤仍然完好，沒有氧化、開裂、嚴重變形等缺陷。實施例2:生產180KW高溫爐用爐底板。爐料按照下列成分配比(Wt% ):C:0.24，Cr:23，Mn:1.0，S:0.03，P:0.022，S1:1.5，D(代鎳合金):5.40，N1:1.56，余量為鐵。將D代鎳合金與其他合金在電爐中同時進行熔煉，當溫度達到溫度1620°C吋，繼續加熱提高30 50°C出鋼水澆注。完后進行650 750°C保溫3_5小時爐冷退火處理，使用三年多仍然完好。實施例3:生產熱處理料框。爐料按照下列成分配比(Wt%):C:0.20，Cr:22，Mn:1.1，S:0.03，P:0.022，S1:1.6，D (代鎳合金):4.80，N1:0，余量為鐵。D代鎳合金與其他合金在電爐中進行熔煉，當溫度達到1650°C澆注溫度吋，出鋼水澆注。料框冷卻完后進行650 750°C保溫3-5小時爐冷退火處理，使用30個月仍然完好。實施例4:生產熱處理滲碳エ裝。爐料按照下列成分配比(Wt%):C:0.21，Cr:25，Mn:1.0，S:0.03，P:0.022，S1:1.3，D(代鎳合金):5.60，N1:1.0，余量為鐵。當鋼水溫度達到1620°C時，倒出三分之ー鋼水，同時加入D代鎳合金，將倒出的鋼水倒回爐內。繼續加熱提高溫度到1650°C出鋼水澆注。料框冷卻完后進行650 750°C保溫3-5小時爐冷退火處理，機械性能為抗拉強度700Mpa，屈服強度540Mpa，延伸7 %，硬度HB231。(性能比傳統同類型耐熱鋼提高20%以上)使用三年七個月后エ裝仍然完好，沒有氧化、開裂、氧化現象。實施例5:鎂熔煉還原罐。爐料按照下列成分配比(Wt%):C:0.25，Cr:20，Mn:1.2，S:0.04，P:0.021，S1:1.4， D(代鎳合金):6.80，N1:1.0，余量為鐵。
D代鎳合金與其他合金在電爐中進行熔煉，當溫度達到1650°C澆注溫度時，出鋼水澆注。料框冷卻完后進行650 750°C保溫3-5小時爐冷退火處理，使用14個月仍然完好(傳統同類型耐熱鋼一般使用5-6個月)。表I加鎳合金與加代鎳合金氧化試驗數據

權利要求
1.一種高溫耐熱合金，其特征在于其成份為(wt% ):C:0.10 0.40，Cr:18 28，Mn:≤ 1.0，S ≤ 0.03，P:≤ 0.025， S1:0.5 2.5D (代鎳合金):1 8N1:≤ 10余量為鐵。
2.根據權利要求1所述高溫耐熱合金，其特征在于所述高溫耐熱合金較好的成份為(Wt % ):C:0.2 0.25，Cr:24 26，Mn ≤ 1.0，S ≤ 0.03，P ≤ 0.025， S1:1.3 1.5，D(代鎳合金):3 6，N1:2.0 2.2，余量為鐵。
3.根據權利要求2所述高溫耐熱合金，其特征在于所述高溫耐熱合金較好的成份為(Wt % ): C:0.22，Cr:25, Mn:0.89，S:0.029，P:0.024，S1:1.4， D(代鎳合金):5.0, N1:2.1，余量為鐵。
4.根據權利要求1所述高溫耐熱合金，其特征在于所述高溫耐熱合金較好的成份為(Wt % ): C:0.24，Cr:23, Mn:1.0，S:0.03，P:0.022，S1:1.5， D(代鎳合金):5.40，N1:1.56，余量為鐵。
5.根據權利要求1所述高溫耐熱合金，其特征在于所述高溫耐熱合金較好的成份為(Wt % ): C:0.20，Cr:22, Mn:1.1，S:0.03，P:0.022，S1:0.62， D (代鎳合金):4.80，N1:0，余量為鐵。
6.根據權利要求1所述高溫耐熱合金，其特征在于所述高溫耐熱合金較好的成份為(Wt % ): C:0.21，Cr:25, Mn:1.0，S:0.03，P:0.022，S1:1.3， D(代鎳合金):5.60，N1:1.0，余量為鐵。
7.根據權利要求1所述高溫耐熱合金，其特征在于所述高溫耐熱合金較好的成份為(Wt % ): C:0.25，Cr:24, Mn:1.2，S:0.04，P:0.021，S1:1.4， D(代鎳合金):6.80，N1:1.0，余量為鐵。
8.權利要求1所述高溫耐熱合金的制備方法，其特征在于: 當金屬爐料熔化到1630°C溫度時，倒出三分之ー鋼水于澆包中，將D代鎳合金加入電爐中，同時將鋼水倒回到電爐中，繼續升高溫度至1650-1680°C時即可出鋼水、除渣進行澆注，然后進行650 750°C保溫3-5小時爐冷退火處理； 或在熔煉金屬爐料的同時加入D代鎳合金，進行均勻攪拌，升高出鋼水溫度至1660°C時，除渣進行澆注，然后進行650 750°C保溫3-5小時爐冷退火處理。
全文摘要
一種高溫耐熱合金及其制備方法，涉及一種不含鎳或少含鎳的鑄造高溫耐熱合金，通過采用納米陶瓷復合代鎳合金(簡稱代鎳合金D)替換通常高溫合金中等量的鎳，使其獲得良好的鑄造性能和鑄態下的機械性能，并具有良好的可焊接性。該鋼能在1250～1350℃高溫下抗氧化、抗滲碳、抗硫化，且抗拉強度比傳統高溫合金(如ZG2Cr25Ni20Si2)提高20％以上，使用壽命延長40％以上，成本降低30％。具有較高的高溫強度。廣泛應用于熱處理爐底板、底輥、淬火正火托盤、料框、電廠鍋爐高溫燒嘴、燃燒器、落灰管、鋼廠軋鋼托輥、導輥，鎂熔煉的還原罐等要求耐高溫的結構件。其突出特點是滿足使用要求前提下大幅降低成本，延長使用壽命。
文檔編號C22C33/04GK103088265SQ20111033582
公開日2013年5月8日 申請日期2011年10月28日 優先權日2011年10月28日
發明者曲德毅 申請人:曲德毅