專利名稱：一種耐熱鋼材料及制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于金屬材料領域，涉及一種耐熱鋼材料及其制備方法。
背景技術：
在金屬材料領域中，耐熱鋼作為低成本耐熱材料一直受到普遍重視。CN200910066507.6號申請公開一種低成本高性能耐熱鋼的發(fā)明屬于耐熱合金 鋼領域，這種合金在800-1200°C范圍內(nèi)可連續(xù)工作。具有抗氧化性和優(yōu)異的抗變形能 力。其化學成分為(按重量％ )碳C :0.25-0. 6%、鉻Cr :23-30 %、鎳Ni :8_12%、硅Si 1. 5-3. 5% MMn 1. 8-3. 5%、氮 N :0· 2-1. 5%、稀土 Re 0. 2-1. 5%、鈦 Ti 0. 001-1. 8%、釩 V :0. 001-0. 8%、磷P :< 0.04%、硫S :< 0. 03%，其余為鐵狗。在該合金使用了大量稀貴 金屬合金元素，并且使用的合金元素量大。氮元素直接加入鋼中非常困難。CN200910168425.2號申請公開一種新型耐熱鋼，其化學成分的重量百分比為C 0. 65 0. 75% ;Si 0·7 1·0%;Μη 1·0 1·2%;Ρ 0· 0005 0· 0010% ； S 0. 005 0.006 % ；Cr28 29 % ；Ν 20. 5 21. 0 % ；Mo 0. 55 0. 60 % ； Al 0. 022 0. 026 % ； Co 0. 11 0. 12 % ；Ti 0. 0010 0. 0015 % ；Nb 0. 65 0. 70 % ；V 0. 055 0. 065 % ；W1.20 1. 25% ；Pb 0. 00020 0. 00025% ；B 0. 0005 0. 0006% ；Sn 0. 0065 0. 0075% ； As 0. 00010 0. 00013% ；Bi 0. 00010 0. 00014% ；Ca 0. 0015 0. 0025% ； Fe 44. 8 45.5%。鑄態(tài)下機加工及焊接性能良好，制造成本低。適用于要求較高的熱處理工裝夾具。 在該合金使用了大量稀貴金屬合金元素，并且使用的合金元素量大。工業(yè)配料也十分復雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對上述技術缺陷，提供一種耐熱鋼材料，該材料具有良好的 性能。本發(fā)明的另一目的是提供一種耐熱鋼材料的制備方法，該制備方法工藝簡單，生 產(chǎn)成本低，適于工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的一種耐熱鋼材料，該材料以耐熱鋼為基體，在基體中分布著由鐵絲和耐熱鋼絲形成的 金屬絲團，所用鐵絲及耐熱鋼絲直徑均為l-2mm;金屬絲團直徑為10-15cm，材料中耐熱鋼 絲和鐵絲的總體長度相當；兩種金屬絲共占材料的體積百分比為10-40%;耐熱鋼基體各成分的重量百分含量C為0. 25-0. 6%，Si為2-5%，Mn為2_4%，Cr8-9%, Gd 為 0. 5-1%, Ρ<0· 08%, S <0. 25%,其余為 Fe ；鐵絲成分的重量百分含量為C為0. 05-0. 09%, Si為0. 2-0. 3%, Mn為0. 25-0. 35%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余為 Fe ；耐熱鋼絲的化學成分的重量百分含量為C為0. 06-0. 08%, Si為0. 5-0. 9%，Mn為 0. 5-1. 5%, P 彡 0. 035%, S 彡 0. 030%, Ni 為 19-22%，Cr 為 24_26%，其余為 Fe?；w中還分布有的化合物Si3N4和Cr2N顆粒。
一種耐熱鋼材料的制備方法，其特征在于它包括以下步驟滲氮鋼絲和鍍鎳鐵絲的準備分別取直徑為l_2mm、成份為重量百分含量為C為 0. 05-0. 09%, Si 為 0. 2-0. 3%, Mn 為 0. 25-0. 35%, Ρ<0· 02%, S <0. 025%,其余為 Fe 的鐵 絲；以及取直徑為l_2mm、成份重量百分含量為C為0. 06-0. 08%, Si為0. 5-0. 9%，Mn為 0. 5-1. 5%, P ( 0. 035%, S ( 0. 030%, Ni 為 19-22%，Cr 為 2446%，其余為 Fe 的耐熱鋼絲，所 用耐熱鋼絲和鐵絲的總體長度相當；控制鐵絲占材料的體積百分比為10-40%;按常規(guī)方法分別在其表面滲氮和鍍鎳，分別形成滲氮鋼絲和鍍鎳鐵絲滲氮鋼絲的表 面的滲氮層的厚度為100-200 μ m ；鍍鎳鐵絲的表面的鍍鎳層的厚度為100-300 μ m ；按清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法將上述滲氮鋼絲和鍍鎳鐵絲各取一根絲形成球狀的混合雙 絲金屬絲團，金屬絲團直徑為10-15cm，將若干金屬絲團放入鑄型下型型腔中，金屬絲團的 松緊程度由鋼絲和鐵絲占材料的體積百分比決定，保證金屬絲團正好放滿鑄型；布置完畢 后，將鑄型的上型蓋于下型上，合箱完畢后等待鋼水澆注；耐熱鋼材料基體的準備按重量百分含量C為0. 25-0. 6%，Si為2-5%，Mn為2_4%， Cr8-9%，Gd為0. 5-1%，P<0. 08%, S <0. 2596，其余為！^的耐熱鋼進行配料；耐熱鋼原料在 感應電爐中熔化，形成液態(tài)鋼水，熔化溫度為1620-1660°C ；將上述耐熱鋼鋼水澆入裝有金屬絲團的干砂鑄型，液態(tài)鋼水將滲氮鋼絲和鍍鎳鐵絲包 圍，然后冷卻凝固，形成以耐熱鋼為基的其中分布有金屬絲團的材料。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術的有益效果如下1、本發(fā)明的耐熱鋼含有大量的氮化物，因此硬度高，具有很好的耐熱性能。該材料主要 用于礦山、煤炭、建材等工業(yè)領域用的耐熱易損件，如筒體襯板、端襯板等。2、材料中的鐵絲和耐熱鋼絲自身具有相當?shù)膹姸群洼^高的韌性。鐵絲和耐熱鋼絲 的基體都是鋼。因此鐵絲和耐熱鋼很容易結(jié)合起來，形成很好的冶金結(jié)合。這樣，鐵絲分布 在耐熱鋼中，對材料具有很好的增強增韌作用。3、當鋼水進入鑄型型腔與鐵絲接觸，鐵絲表面的Ni和N熔于鋼水，鋼水中的Si和 Cr與鐵絲表層的N反應形成Si3N4和Cr2N，這些特殊化合物穩(wěn)定性好。形成的這些特殊化 合物進一步提高了材料的耐熱性。4、Gd對耐熱鋼的組織具有顯著細化的作用，對于耐熱鋼的增韌有重要的作用。另 外C和Gd也會形成C和Gd化合物Gd3C，有助于材料耐熱性的提高。5、合金材料不用貴重元素，主要合金元素又鐵絲帶入，鐵絲材料成本低，制備工藝 簡便，生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)的合金材料性能好，而且非常便于工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明的合金性能見表1。


圖1為本發(fā)明實施例一制得的耐熱鋼材料的金相組織。圖1可以看到在耐熱鋼與鐵絲結(jié)合良好。
具體實施例方式以下各實施例僅用作對本發(fā)明的解釋說明，其中的重量百分比均可換成重量g、kg 或其它重量單位。以下鋼絲和鐵絲均為市購，鍍層自制。
實施例一滲氮鋼絲和鍍鎳鐵絲的準備分別取直徑為1mm、成份為重量百分含量為C為0. 05%, Si 為 0. 2%, Mn 為 0. 25%, Ρ<0· 02%, S <0. 025%,其余為 Fe 的鐵絲；以及取直徑為1mm、成份重量百分含量為C為0. 06%, Si為0. 5%，Mn為0. 5%，Ni為 19%，Cr為24%，P彡0. 035%, S彡0. 030%，其余為!^e的耐熱鋼絲，所用的耐熱鋼絲和鐵絲的 總體長度相當；鐵絲和耐熱鋼絲共占材料的體積百分比為10%。按常規(guī)方法分別在其表面滲氮和鍍鎳，分別形成滲氮鋼絲和鍍鎳鐵絲滲氮鋼絲 的表面的滲氮層的厚度為100 m ；鍍鎳鐵絲的表面的鍍鎳層的厚度為IOOym ；按清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法將上述滲氮鋼絲和鍍鎳鐵絲各取一根絲形成球狀的混合雙 絲金屬絲團(兩根絲各取一根同時成型，形成雙絲金屬絲團，成型可按洗碗用的清潔球或稱 鋼絲球的方法)，金屬絲團直徑為15cm，將若干金屬絲團放入鑄型下型型腔中，金屬絲團的 松緊程度由鋼絲和鐵絲占材料的體積百分比決定，保證金屬絲團正好放滿鑄型；布置完畢 后，將鑄型的上型蓋于下型上，合箱完畢后等待鋼水澆注；耐熱鋼材料基體的準備按重量百分含量C 0. 25%，Si為2\ Mn為2\ Cr8%, Gd為 0.5%，P<0. 08%, S <0.2596，其余為！^的耐熱鋼進行配料；耐熱鋼原料在感應電爐中熔化， 形成液態(tài)鋼水，熔化溫度為1635-1640°C ；將上述耐熱鋼鋼水澆入裝有金屬絲團的干砂鑄型，液態(tài)鋼水將滲氮鋼絲和鍍鎳鐵絲包 圍，然后冷卻凝固，形成以耐熱鋼為基的其中分布有金屬絲團的材料。實施例二耐熱鋼材料基體成分按重量百分含量C 0. 60%, Si為5%，Mn為4%，Cr9%, Gd為1%， P<0. 08%, S <0. 25%,其余為！^進行配料。鐵絲的化學成分的重量百分含量為C為0.09%，Si為0. 3%，Mn為0. 35%， P<0. 02%, S <0.025%,其余為 Fe。耐熱鋼絲的化學成分的重量百分含量為C為0. 08%, Si為0. 9%，Mn為1. 5%， P 彡 0. 035%, S 彡 0. 030%, Ni 為 22%，Cr 為洸％，其余為 Fe。鐵絲及耐熱鋼絲直徑均為2mm，所用的耐熱鋼絲和鐵絲的總體長度相當；控制鐵 絲和耐熱鋼絲共占材料的體積百分比為40%。按常規(guī)方法分別在其表面滲氮和鍍鎳，分別形成滲氮鋼絲和鍍鎳鐵絲滲氮鋼絲 的表面的滲氮層的厚度為200 m ；鍍鎳鐵絲的表面的鍍鎳層的厚度為300 μ m ；按清潔球生 產(chǎn)的常規(guī)方法制作帶鍍層的兩種金屬絲混合的雙絲金屬絲團，金屬絲團直徑為10cm。制備過程同實施例一。實施例三耐熱鋼材料基體的成分按重量百分含量C 0. 3%，Si為3%，Mn為3%，Cr8%, Gd為 0. 7%, P<0. 08%, S <0. 25%,其余為 Fe。鐵絲的成分重量百分含量為C為0. 07%, Si為0. 25%, Mn為0. 3%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余為 Fe。耐熱鋼絲的化學成分的重量百分含量為C為0.07%，Si為0.7%，Mn為1%， P:彡 0. 035%, S 彡 0. 030%, Ni 為 21%，Cr 為 25%，其余為 Fe。鐵絲及耐熱鋼絲直徑為1. 3mm，所用的耐熱鋼絲和鐵絲的總體長度相當；鐵絲和耐熱鋼絲二者占材料的體積百分比為20%。按常規(guī)方法分別在其表面滲氮和鍍鎳，分別形成滲氮鋼絲和鍍鎳鐵絲滲氮鋼絲 的表面的滲氮層的厚度為150 m;鍍鎳鐵絲的表面的鍍鎳層的厚度為200μπι;按清潔球生 產(chǎn)的常規(guī)方法制作帶鍍層的兩種金屬絲混合的雙絲金屬絲團，金屬絲團直徑為15cm。制備過程同實施例一。對比實施例四原料配比不在本發(fā)明范圍內(nèi)的實例耐熱鋼材料基體的成分按重量百分含量C 0. 2%，Si為1%，Mn為1%，Cr6%, Gd為 0. 4%, P<0. 08%, S <0. 25%,其余為 Fe。鐵絲的成分為C 為 0. 04%, Si 為 0. 1%, Mn 為 0. 2%, Ρ<0· 02%, S <0. 025%,其余為 狗。鐵絲及耐熱鋼絲直徑為0. 5mm。所用的耐熱鋼絲和鐵絲的總體長度相當；二者共占材料的體積百分比為40%。鐵絲表面不滲氮和鍍鎳。按清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法制作種兩根鐵絲混合的雙絲金 屬絲團，金屬絲團直徑為15cm。制備過程同實施例一。對比實施例五原料配比不在本發(fā)明范圍內(nèi)的實例耐熱鋼材料基體的成分按重量百分含量C 0. 7%，Si為6%，Mn為5%，Crl0%, Gd為 2%, P<0. 08%, S <0. 25%,其余為 Fe。鐵絲的成分為C 為 0. 1%，Si 為 0. 4%, Mn 為 0. 4%, Ρ<0· 02%, S <0. 025%,其余為Fe。耐熱鋼絲的化學成分的重量百分含量為C為0. 09%, Si為1%，Mn為2%， P: ^ 0. 035%, S 彡 0.030%，Ni 為 23%，Cr 為 27%，其余為 Fe。鐵絲及耐熱鋼絲直徑為3mm，所用的耐熱鋼絲和鐵絲的總體長度相當；二者共占 材料的體積百分比為45%。按常規(guī)方法分別在其表面滲氮和鍍鎳，分別形成滲氮鋼絲和鍍鎳鐵絲滲氮鋼絲 的表面的滲氮層的厚度為250 m ；鍍鎳鐵絲的表面的鍍鎳層的厚度為350 μ m ；按清潔球生 產(chǎn)的常規(guī)方法制作帶鍍層的兩種金屬絲混合的雙絲金屬絲團，金屬絲團直徑為10cm。制備過程同實施例一。表 權(quán)利要求
1.一種耐熱鋼材料，該材料以耐熱鋼為基體，在基體中分布著由鐵絲和耐熱鋼絲形成 的金屬絲團，所用鐵絲及耐熱鋼絲直徑均為l-2mm;金屬絲團直徑為10-15cm，材料中耐熱 鋼絲和鐵絲的總體長度相當；兩種金屬絲共占材料的體積百分比為10-40%;耐熱鋼基體各成分的重量百分含量C為0. 25-0. 6%，Si為2-5%，Mn為2_4%，Cr8_9%， Gd 為 0. 5-1%, Ρ<0· 08%, S <0. 25%,其余為 Fe ；鐵絲成分的重量百分含量為C為0. 05-0. 09%, Si為0. 2-0. 3%, Mn為0. 25-0. 35%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余為 Fe ；耐熱鋼絲的化學成分的重量百分含量為C為0. 06-0. 08%, Si為0. 5-0. 9%，Mn為 0. 5-1. 5%, P 彡 0. 035%, S 彡 0. 030%, Ni 為 19-22%，Cr 為 24_26%，其余為 Fe。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐熱鋼材料，其特征在于所述基體中還分布有的化合物 Si3N4 禾口 Cr2N 顆粒。
3.一種耐熱鋼材料的制備方法，其特征在于它包括以下步驟滲氮鋼絲和鍍鎳鐵絲的準備分別取直徑為l_2mm、成份為重量百分含量為C為 0. 05-0. 09%, Si 為 0. 2-0. 3%, Mn 為 0. 25-0. 35%, Ρ<0· 02%, S <0. 025%,其余為 Fe 的鐵 絲；以及取直徑為l_2mm、成份重量百分含量為C為0. 06-0. 08%, Si為0. 5-0. 9%，Mn為 0. 5-1. 5%, P ( 0. 035%, S ^ 0. 030%, Ni 為 19-22%, Cr 為 2446%，其余為 Fe 的耐熱鋼絲，所 用耐熱鋼絲和鐵絲的總體長度相當；控制鐵絲占材料的體積百分比為10-40%;按常規(guī)方法分別在耐熱鋼絲和鐵絲表面滲氮和鍍鎳，分別形成滲氮鋼絲和鍍鎳鐵 絲滲氮鋼絲的表面的滲氮層的厚度為100-200 μ m;鍍鎳鐵絲的表面的鍍鎳層的厚度為 100-300ym ；按清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法將上述滲氮鋼絲和鍍鎳鐵絲各取一根絲形成球狀的混合雙 絲金屬絲團，金屬絲團直徑為10-15cm，將若干金屬絲團放入鑄型下型型腔中，金屬絲團的 松緊程度由耐熱鋼絲和鐵絲占材料的體積百分比決定，保證金屬絲團正好放滿鑄型；布置 完畢后，將鑄型的上型蓋于下型上，合箱完畢后等待鋼水澆注；耐熱鋼材料基體的準備按重量百分含量C為0. 25-0. 6%，Si為2-5%，Mn為2_4%， Cr8-9%，Gd為0. 5-1%，P<0. 08%, S <0. 2596，其余為！^的耐熱鋼進行配料；耐熱鋼原料在 感應電爐中熔化，形成液態(tài)鋼水，熔化溫度為1620-1660°C ；將上述耐熱鋼鋼水澆入裝有金屬絲團的干砂鑄型，液態(tài)鋼水將滲氮鋼絲和鍍鎳鐵絲包 圍，然后冷卻凝固，形成以耐熱鋼為基的其中分布有金屬絲團的材料。
全文摘要
本發(fā)明提供一種耐熱鋼材料及其制備方法，該材料具有良好的性能。該制備方法工藝簡單，生產(chǎn)成本低，適于工業(yè)化生產(chǎn)。該材料以耐熱鋼為基體，在基體中分布著由鐵絲和耐熱鋼絲形成的金屬絲團，所用鐵絲及耐熱鋼絲直徑均為1-2mm；金屬絲團直徑為10-15cm，材料中耐熱鋼絲和鐵絲的總體長度相當；兩種金屬絲共占材料的體積百分比為10-40%。
文檔編號C22C38/38GK102051541SQ201110007448
公開日2011年5月11日 申請日期2011年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月14日
發(fā)明者常麗婷, 王玲, 趙浩峰 申請人:南京信息工程大學