專利名稱：高溫抗氮化耐磨耐熱合金材料的制作方法
所屬領(lǐng)域本發(fā)明屬于合金鋼的制造領(lǐng)域。更適合制備在高溫下使用有抗氮化能力的耐磨耐熱合金材料。
背景技術(shù)：
目前在各冶金廠中常用鋼板的正火和回火熱處理，一般使用溫度約為1000℃左右的高溫下，為了防止在高溫下的鋼板氧化，在進(jìn)行熱處理時(shí)普遍采用向爐內(nèi)噴射氮?dú)猓範(fàn)t內(nèi)維持設(shè)定量的氮?dú)鈮毫矸乐逛摪宓难趸l(fā)生。在現(xiàn)有技術(shù)中，各冶金廠的?；癄t爐底輥普遍是采用4Cr25Ni20Si2(HK40)、3Cr24Ni7SiNRE等耐熱合金鑄鋼材料制備。該類耐熱鑄鋼材料的主要缺點(diǎn)，是在充有氮?dú)獾母邷貤l件下進(jìn)行長期使用后，由于高溫氮化使?fàn)t底輥表面出現(xiàn)結(jié)瘤、凹坑、傷痕等，由于材料的高溫強(qiáng)度降低而出現(xiàn)輥身變形，其結(jié)果是直接影響到被熱處理鋼板等產(chǎn)品的處理質(zhì)量與結(jié)果。因此，從上述現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)比材料的使用結(jié)果(采用HK40合金制備的爐底輥，其使用壽命還達(dá)不到一次大修的一半使用周期)可看出，現(xiàn)有技術(shù)的合金材料目前還不能滿足廠家的使用要求。
發(fā)明目的與內(nèi)容本發(fā)明的目的是提出一種成分設(shè)計(jì)簡單、合理，高溫抗氮化、耐磨損性能好，和提高產(chǎn)品使用壽命的高溫抗氮化耐磨耐熱合金材料。
根據(jù)本發(fā)明目的所提出的高溫抗氮化耐磨耐熱合金材料，其具體技術(shù)解決方案是仍采用以鐵為基，并根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處而對(duì)鎳、鉻、鉬、鋁、錳和稀土等主要元素作了必要的限定和適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，因此由本發(fā)明所提出的高溫抗氮化耐磨耐熱合金材料的具體化學(xué)成分重量％為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％，其余為Fe。
我們?cè)谠O(shè)計(jì)本發(fā)明的高溫抗氮化耐磨耐熱合金材料成分時(shí)，主要是考慮該材料的產(chǎn)品因在惡劣環(huán)境中使用時(shí)，由于產(chǎn)品材料的性能不能滿足使用要求而造成產(chǎn)品的使用壽命縮短，因此我們所設(shè)計(jì)的材料在具備較好的綜合性能前題下，還應(yīng)有提高材料產(chǎn)品的使用壽命要求。因此我們?cè)谔岢鲈摵辖鸬某煞种屑尤朐O(shè)定量的碳，主要是為提高該合金的耐磨性，同時(shí)也考慮到C與Mo、Cr、Mn等元素在形成致密的共晶碳化物時(shí)，于高溫使用過程中也會(huì)形成均勻的二次碳化物，這些二次碳化物會(huì)彌散分布在合金基體中，由于碳化物本身具有較高的硬度，使合金材料在保持一定的硬化效果的同時(shí)，也會(huì)對(duì)材料的耐磨性有一定提高。另外在加入Ni、Cr、Mo時(shí)，除有少量的形成碳化物外，而大部分的碳是溶入合金的基體，這樣可以使基體得到固溶強(qiáng)化和保證合金在高溫下具有較高的高溫強(qiáng)度。
在本發(fā)明合金成分中降低了Cr含量(與現(xiàn)有技術(shù)HK40等耐熱鑄鋼相比)，這樣可以減少或防止該材料的產(chǎn)品在滲氮?dú)夥障率褂茫牧现械t及碳氮化鉻的析出，對(duì)抗氮化有利。為了不降低合金的抗氧化效果加入1％左右的Al，這樣可以形成比Cr2O3更穩(wěn)定的Al2O3氧化膜結(jié)構(gòu)，明顯的提高了合金材料的抗氧化性能。
在本發(fā)明的合金成分設(shè)計(jì)中考慮到錳和硅的加入，是可以提高合金的抗氧化性能，但是錳還具備有穩(wěn)定奧氏體基體的作用，但Mn、Si過高會(huì)引起合金高溫強(qiáng)度的下降，因此在該合金成分中Mn含量應(yīng)控制在1.0-2.0％較適宜。Si含量應(yīng)控制在1.5％以下。另外在該合金成分中，稀土元素(RE)加入合金中，除了在冶煉過程中起到脫氧作用外，更重要的是利于夾雜物的球化，可以提高該合金的高溫強(qiáng)度和抗氧化性，但含量不宜過高應(yīng)控制在0.02-0.10％。在本發(fā)明合金成分的鐵是形成基體的基本元素，鐵與一定量的鎳形成穩(wěn)定的奧氏體基體，保證合金具備較高的高溫強(qiáng)度和耐磨性。
本發(fā)明高溫抗氮化耐磨耐熱合金材料的制備與現(xiàn)有技術(shù)材料的制備相似，該合金材料經(jīng)電爐冶煉后，可根據(jù)設(shè)計(jì)者要求的產(chǎn)品形狀直接澆鑄成管坯或其他鑄件，待產(chǎn)品鑄件脫模打磨后，再進(jìn)行機(jī)加工成爐底輥或其他耐磨耐熱鑄件的成品。
采用本發(fā)明高溫抗氮化耐磨耐熱合金與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明合金具有如下優(yōu)點(diǎn)有較高的強(qiáng)度和耐磨性，有良好高溫抗氮化性能，用作冶金廠?；癄t爐底輥的一次使用壽命大于一年半，比現(xiàn)有技術(shù)中的HK40合金一次使用壽命提高一倍以上。
具體實(shí)施方案我們的實(shí)施例是采用在本發(fā)明合金化學(xué)成分范圍內(nèi)進(jìn)行的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)是在非真空感應(yīng)爐中進(jìn)行的冶煉，實(shí)驗(yàn)共制備了4爐本發(fā)明合金和1爐對(duì)比合金(實(shí)施例合金化學(xué)成分見表1)，實(shí)驗(yàn)方法與現(xiàn)有技術(shù)方法相同，實(shí)驗(yàn)所用材料是采用Si、Mn以Si-Fe、Mn-Fe形式在冶煉后期加入，Al和RE在出鋼前直接插入鋼液中，出鋼溫度為1600℃。制備過程是采用臥式離心鑄造法直接鑄成管坯；待管坯清理后再經(jīng)機(jī)加工制備成成品爐底輥，制成的爐底輥可直接用于氮?dú)獗Ｗo(hù)?；癄t熱處理生產(chǎn)線中進(jìn)行壽命考核。為了對(duì)比方便，我們同時(shí)也對(duì)合金材料進(jìn)行高溫強(qiáng)度的測試，其實(shí)施例合金的機(jī)械性能和使用壽命的比較結(jié)果見表2。由實(shí)施例的對(duì)比結(jié)果可看到，本發(fā)明合金的高溫拉伸強(qiáng)度高于常用的HK40鑄鋼，用作爐底輥使用18個(gè)月后表面仍很光滑，未發(fā)現(xiàn)有結(jié)瘤、凹坑、劃痕及輥身變形現(xiàn)象，這說明本發(fā)明材料的抗氮化和耐磨性明顯優(yōu)于對(duì)比鋼，其使用壽命也較HK40鑄輥高出一倍以上。在下列對(duì)比表中的序號(hào)1-4為本發(fā)明合金，序號(hào)5對(duì)比合金。
表1本發(fā)明實(shí)施例合金與現(xiàn)有技術(shù)合金的化學(xué)成分對(duì)比，重量％

表2本發(fā)明實(shí)施例合金現(xiàn)有技術(shù)合金的高溫拉伸性能和使用壽命

權(quán)利要求
1.一種高溫抗氮化耐磨耐熱合金材料，其特征在于該合金材料的具體化學(xué)成分重量％為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％，其余為Fe。
全文摘要
本發(fā)明屬于合金鋼的制造領(lǐng)域。更適合制備在高溫下使用有抗氮化能力的耐磨耐熱合金材料。該合金材料的具體化學(xué)成分重量％為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％，其余為Fe。本發(fā)明高溫抗氮化耐磨耐熱合金與現(xiàn)有技術(shù)相比較具有如下優(yōu)點(diǎn)有較高的強(qiáng)度和耐磨性，有良好高溫抗氮化性能，被用作冶金廠常化爐爐底輥的一次使用壽命大于一年半，比現(xiàn)有技術(shù)中的HK40合金一次使用壽命提高一倍以上。
文檔編號(hào)C22C38/44GK1563469SQ200410029749
公開日2005年1月12日 申請(qǐng)日期2004年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月26日
發(fā)明者王延慶, 蒙肇斌, 尹法杰, 焦蘭英, 張旭瑤, 曾炳勝, 喬雪瓔 申請(qǐng)人:鋼鐵研究總院