一種新型的鐵素體耐熱鑄鋼及其生產方法
【專利摘要】本發明公開了一種新型的鐵素體耐熱鑄鋼，它由以下元素按重量百分比（wt%）組成：C：0.15-0.55%，Si：0.3-1.5%，Mn：0.5-2.0%，P：≤0.05%，S：0.05-0.15%，Cr：12-18%，Ni：0-1.8%，N：0.01-0.1%，Re:0.1-1.0%，Mo：0-2%，Nb：0-4%，Fe余量。本發明鐵素體耐熱鑄鋼其常溫抗拉強度≥500MPa，屈服強度≥400MPa，伸長率≥1%，由該材料澆注的零部件的耐高溫溫度達到850℃以上。本發明鐵素體耐熱鑄鋼可以替代鉻鎳奧氏體耐熱鑄鋼，具有高性能低成本特點，適合制作渦輪排氣歧管、鍋爐、熱閥體等零部件。
【專利說明】一種新型的鐵素體耐熱鑄鋼及其生產方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于合金鋼領域，尤其涉及一種新型鐵素體耐熱鑄鋼及其生產方法，此耐熱鑄鋼在850°C以上具有較好的高溫抗氧化、高溫抗疲勞性及抗裂紋性的，這種材料尤其適合制造汽車發動機渦輪排氣歧管、鍋爐、熱閥體等零部件，具有顯著的高性能、成本低的特點，具有廣闊的應用前景。
【背景技術】
[0002]耐熱鑄鋼中耐熱性能較好的主要有奧氏體耐熱鑄鋼和鐵素體耐熱鑄鋼:奧氏體耐熱鑄鋼耐熱性能較好，主要是通過加入較多的鉻、鎳等貴金屬來提高耐熱性能，因此生產成本較高，而鐵素體耐熱鑄鋼在貴金屬鎳方面加入量較少，生產成本大大降低，但是其耐熱性能較差。而隨著全球對節能減排要求的日益苛刻，耐熱鑄件的質量要求越來越高，同時生產成本也在增加。因此，為了提高產品競爭力和企業經濟效益，同時滿足客戶對耐熱鑄鋼的質量要求，迫切需要開發一種新型的高性能低成本的耐熱鑄鋼材料。
【發明內容】
[0003]本發明所要解決的問題是提供一種新型的鐵素體耐熱鑄鋼及其生產方法，由該材料澆注的鑄件具有較好的高溫抗氧化性、高溫熱疲勞性及高溫抗裂紋性等特點，同時具有低成本、鑄造性好等優點。
[0004]本發明一種新型的鐵素體耐熱鑄鋼，它由以下元素按重量百分比(wt%)組成:C:
0.15-0.55%, Si:0.3-1.5%, Μη:0.5-2.0%, P: ^ 0.05%, S:0.05-0.15%, Cr: 12-18%, Ni:0-1.8%, N:0.01-0.1%, Re: 0.1-1.0%, Mo:0-2%, Nb:0-4%, Fe 余量。
[0005]本發明鐵素體耐熱鑄鋼的生產方法為:(1)配料:按鐵素體耐熱鑄鋼的化學成分，稱取所需重量的廢鋼、增碳劑、鉻鐵、鎳板、氮化鉻鐵、稀土合金、鑰鐵、鈮鐵、硫鐵、錳鐵、硅鐵等爐料；(2)熔煉:中頻感應電爐冷爐啟動前，先裝入廢鋼、增碳劑、鉻鐵、鑰鐵等爐料、待鋼水熔化后扒渣加入鎳板、鈮鐵，當鋼液溫度達到1500°C時加入氮化鉻鐵、硫鐵、稀土合金，快速升溫至1600°C以上時，快速爐前金相后加入硅鐵、錳鐵、硅鈣進行脫氧，當鋼水溫度達到1660°C時迅速出鋼；(3)出鋼、澆注:出鋼前澆包包襯要烘烤透徹，澆包內加入少許鋁塊進行終脫氧；鋼水出完后迅速扒渣并在澆注過程中擋渣；澆注結束后，待鑄型冷卻后，開箱即獲得鐵素體耐熱鑄鋼。
[0006]本發明鐵素體耐熱鑄鋼采用中頻感應電爐熔煉獲得，通過合理的熔煉工藝生產得到。本發明鐵素體耐熱鑄鋼優化了傳統鐵素體耐熱鑄鋼的化學成分，通過少加鉻、少加鎳或不加鎳合金，采用微量的氮、稀土、鈮、鑰等元素取代，提高鐵素體耐熱鑄鋼的高溫性能，從而獲得一種新型的鐵素體耐熱鑄鋼新材料，其常溫抗拉強度> 500MPa，屈服強度≥400MPa，伸長率≥1%，由該材料澆注的零部件的耐高溫溫度達到850°C以上。本發明鐵素體耐熱鑄鋼可以替代鉻鎳奧氏體耐熱鑄鋼，具有高性能低成本特點，適合制作渦輪排氣歧管、鍋爐、熱閥體等零部件。【專利附圖】
【附圖說明】
[0007]圖1為本發明實施例1的金相組織圖；
圖2為本發明實施例2的金相組織圖；
圖3為本發明實施例3的金相組織圖；
圖4為本發明實施例4的金相組織圖。
【具體實施方式】
[0008]下面結合實施例對本發明的具體內容做進一步詳細的說明。
[0009]本發明一種新型的鐵素體耐熱鑄鋼，它由以下元素按重量百分比(wt%)組成:C:
0.15-0.55%, Si:0.3-1.5%, Μη:0.5-2.0%, P: ^ 0.05%, S:0.05-0.15%, Cr: 12-18%, Ni:0-1.8%, N:0.01-0.1%, Re: 0.1-1.0%, Mo:0-2%, Nb:0_4%，余量為 Fe。
[0010]本發明鐵素體耐熱鑄鋼的生產方法為:(1)配料:按鐵素體耐熱鑄鋼的化學成分，稱取所需重量的廢鋼、增碳劑、鉻鐵、鎳板、氮化鉻鐵、稀土合金、鑰鐵、鈮鐵、硫鐵、錳鐵、硅鐵、硅鈣等爐料；(2)熔煉:中頻感應電爐冷爐啟動前，先裝入廢鋼、增碳劑、鉻鐵、鑰鐵等爐料、待鋼水熔化后扒渣加入鎳板、鈮鐵，當鋼液溫度達到1500°C時加入氮化鉻鐵、硫鐵、稀土合金，快速升溫至1600°C以上時，快速爐前金相后加入硅鐵、錳鐵、硅鈣進行脫氧，當鋼水溫度達到1660°C時迅速出鋼；(3)出鋼、澆注:出鋼前澆包包襯要烘烤透徹，澆包內加入少許鋁塊進行終脫氧；鋼水出完后迅速扒渣并在澆注過程中擋渣；澆注結束后，待鑄型冷卻后，開箱即獲得鐵素體耐熱鑄鋼。
[0011]其中，硅鈣、硅鐵、錳鐵和鋁為脫氧劑，其中硅鈣合金的成分:硅60-75%，鈣2-4%，鋇3-6%，鋁小于1%，余為鐵；硅鐵合金成分:硅71-75%，鈣0.8-1.5%，鋁0.7-1.2%，余為鐵；錳鐵合金成分:錳72-78%，碳1.5-2.5%，余為鐵，或錳鐵為金屬錳，錳含量> 99% ;鋁為純鋁。
[0012]稀土合金為普通稀土硅鐵，成分:稀土 15-30%，鈣1-4%，鋇2_5%，硅30_60%，余量為鐵。
[0013]廢鋼選用普通的廢鋼板，其中:C:0.8-0.15%，S1:0.15-0.25%，Μη:0.2-0.6%，P< 0.01%, S < 0.01%。
[0014]實施例1:在中頻感應電爐熔煉，(1)配料:按新型鐵素體耐熱鑄鋼的化學成分，稱取所需重量的68.14%廢鋼、增碳劑0.06%,27.9%鉻鐵、0.2%鎳板、0.3%氮化鉻鐵、0.9%稀土合金、0.9%鑰鐵、0.3%鈮鐵、0.4%硫鐵、0.6%硅鐵、0.3%錳鐵等爐料。(2 )熔煉:中頻感應電爐冷爐啟動前，先裝入廢鋼、增碳劑、鉻鐵、鑰鐵等爐料、待鋼水熔化后扒渣加入鎳板、鈮鐵，當鋼液溫度達到1500°C時加入氮化鉻鐵、硫鐵、稀土合金，快速升溫至1600°C以上時，快速爐前金相后加入硅鐵、錳鐵、硅鈣進行脫氧，當鋼水溫度達到1660°C時迅速出鋼。(3)出鋼、澆注:出鋼前澆包包襯要烘烤透切，澆包內加入少許鋁塊進行終脫氧。鋼水出完后迅速扒渣并在澆注過程中擋渣。澆注結束后，待鑄型冷卻后、開箱即獲得得新型鐵素體耐熱鑄鋼，其化學成分、力學性能、金相組織分別見表1、表2、圖1。
[0015]實施例2:在中頻感應電爐熔煉，(1)配料:按新型鐵素體耐熱鑄鋼的化學成分，稱取所需重量的66.82%廢鋼、增碳劑0.18%,29.6%鉻鐵、0.5%鎳板、0.3%氮化鉻鐵、0.64%稀土合金、0.4%鑰鐵，0.26%鈮鐵、0.4%硫鐵、0.6%硅鐵、0.3%錳鐵等爐料。(2)熔煉:中頻感應電爐冷爐啟動前，先裝入廢鋼、增碳劑、鉻鐵、鑰鐵等爐料、待鋼水熔化后扒渣加入鎳板、鈮鐵，當鋼液溫度達到1500°C時加入氮化鉻鐵、硫鐵、稀土合金，快速升溫至1600°C以上時，快速爐前金相后加入硅鐵、錳鐵、硅鈣進行脫氧，當鋼水溫度達到1660°C時迅速出鋼。(3)出鋼、澆注:出鋼前澆包包襯要烘烤透切，澆包內加入少許鋁塊進行終脫氧。鋼水出完后迅速扒渣并在澆注過程中擋渣。澆注結束后，待鑄型冷卻后、開箱即獲得得新型鐵素體耐熱鑄鋼，其化學成分、力學性能、金相組織分別見表1、表2、圖2。
[0016]實施例3:在中頻感應電爐熔煉，(1)配料:按新型鐵素體耐熱鑄鋼的化學成分，稱取所需重量的64.12%廢鋼、增碳劑0.08%,31.1%鉻鐵、1.9%鎳板、0.3%氮化鉻鐵、0.64%稀土合金、0.3%鑰鐵、0.26%鈮鐵、0.4%硫鐵、0.6%硅鐵、0.3%錳鐵等爐料。(2)熔煉:中頻感應電爐冷爐啟動前，先裝入廢鋼、增碳劑、鉻鐵、鑰鐵等爐料、待鋼水熔化后扒渣加入鎳板、鈮鐵，當鋼液溫度達到1500°C時加入氮化鉻鐵、硫鐵、稀土合金，快速升溫至1600°C以上時，快速爐前金相后加入硅鐵、錳鐵、硅鈣進行脫氧，當鋼水溫度達到1660°C時迅速出鋼。(3)出鋼、澆注:出鋼前澆包包襯要烘烤透切，澆包內加入少許鋁塊進行終脫氧。鋼水出完后迅速扒渣并在澆注過程中擋渣。澆注結束后，待鑄型冷卻后、開箱即獲得得新型鐵素體耐熱鑄鋼，其化學成分、力學性能、金相組織分別見表1、表2、圖3。
[0017]實施例4:在中頻感應電爐熔煉，(1)配料:按新型鐵素體耐熱鑄鋼的化學成分，稱取所需重量的62.23%廢鋼、增碳劑0.42%,33.6%鉻鐵、1.1%鎳板、0.3%氮化鉻鐵、0.64%稀土合金、0.15%鑰鐵、0.26%鈮鐵、0.4%硫鐵、0.6%硅鐵、0.3%錳鐵等爐料。(2)熔煉:中頻感應電爐冷爐啟動前，先裝入廢鋼、增碳劑、鉻鐵、鑰鐵等爐料、待鋼水熔化后扒渣加入鎳板、鈮鐵，當鋼液溫度達到1500°C時加入氮化鉻鐵、硫鐵、稀土合金，快速升溫至1600°C以上時，快速爐前金相后加入硅鐵、錳鐵、硅鈣進行脫氧，當鋼水溫度達到1660°C時迅速出鋼。
(3)出鋼、澆注:出鋼前澆包包襯要烘烤透切，澆包內加入少許鋁塊進行終脫氧。鋼水出完后迅速扒渣并在澆注過程中擋渣。澆注結束后，待鑄型冷卻后、開箱即獲得得新型鐵素體耐熱鑄鋼，其化學成分、力學性能、金相組織分別見表1、表2、圖4。
[0018]在本發明鐵素體耐熱鑄鋼中，所用稀土為稀土硅鐵合金，其中鈰/鑭>4，鈰的含量> 20%，該稀土硅鐵同時含有少量的鈣、鋇元素，與稀土合用，具有以下作用:稀土可凈化鋼液，使鋼水中的氧含量大大降低，同時改善氧化皮的結構，使氧化皮變得致密，在冷熱循環的使用環境里，氧化皮不易脫落，從而大大提高了鋼的高溫抗疲勞性和高溫抗氧化性；鈮添加在鋼液中，能形成穩定的鈮碳化物，細化晶粒，大大增加高溫強度；鑰添加在鋼液中，能細化晶粒，降低碳化物 在晶界形成連續網狀的傾向，降低低溫脆性；氮添加在鋼液中，雖是強奧氏體化元素，但少量的氮能細化晶粒，提高高溫強度，降低熱脆傾向；稀土、鈮、鑰、氮的組合可以有效的發揮各元素的作用，凈化鋼液、細化晶粒、提高高溫耐氧化性、高溫強度、冷熱疲勞性及降低脆性。本發明鐵素體耐熱鑄鋼能在850°C以上的高溫環境里下使用，具有較好的高溫抗氧化性、高溫抗疲勞性能以及抗裂紋性能，可以替代鉻鎳奧氏體耐熱鑄鋼，具有高性能低成本特點，適合制造渦輪排氣歧管、鍋爐、熱閥體等零部件。
[0019]表1新型鐵素體耐熱鑄鋼的化學成分
【權利要求】
1.一種新型的鐵素體耐熱鑄鋼，其特征是:它由以下元素按重量百分比(Wt%)組成:C:0.15-0.55%, Si:0.3-1.5%, Μη:0.5-2.0%, P:≤ 0.05%, S:0.05-0.15%, Cr: 12-18%, Ni:0-1.8%, N:0.01-0.1%, Re: 0.1-1.0%, Mo:0-2%, Nb:0_4%，余量為 Fe。
2.權利要求1所述的 鐵素體耐熱鑄鋼的生產方法為:(1)配料:按鐵素體耐熱鑄鋼的化學成分，稱取所需重量的廢鋼、增碳劑、鉻鐵、鎳板、氮化絡鐵、稀土合金、鑰鐵、銀鐵、硫鐵、猛鐵、娃鐵等爐料；(2)熔煉:中頻感應電爐冷爐啟動前，先裝入廢鋼、增碳劑、鉻鐵、鑰鐵等爐料，待鋼水熔化后扒渣加入鎳板、鈮鐵，當鋼液溫度達到1500°C時加入氮化鉻鐵、硫鐵、稀土合金，快速升溫至1600°C以上時，快速爐前金相后加入硅鐵、錳鐵、硅鈣進行脫氧，當鋼水溫度達到1660°C時迅速出鋼；(3)出鋼、澆注:出鋼前澆包包襯要烘烤透徹，澆包內加入少許鋁塊進行終脫氧；鋼水出完后迅速扒渣并在澆注過程中擋渣；澆注結束后，待鑄型冷卻后，開箱即獲得鐵素體耐熱鑄鋼。
3.根據權利要求2所述的生產方法，其特征在于:所述的硅鈣、硅鐵、錳鐵和鋁為脫氧劑，其中硅鈣合金的成分:硅60-75%，鈣2-4%，鋇3-6%，鋁小于1%，余為鐵；硅鐵合金成分:硅71-75%，鈣0.8-1.5%，鋁0.7-1.2%，余為鐵；錳鐵合金成分:錳72-78%，碳1.5-2.5%，余為鐵，或猛鐵為金屬猛，猛含量> 99% ;招為純招。
4.根據權利要求2所述的熔煉方法，其特征在于:所述的稀土合金為普通稀土硅鐵，成分:稀土 15-30%，鈣1-4%，鋇2-5%，硅30-60%，余量為鐵。
5.根據權利要求2所述的熔煉方法，其特征在于:所述的廢鋼選用普通的廢鋼板，其中:C:0.8-0.15%, Si:0.15-0.25%, Μη:0.2-0.6%, P < 0.01%, S < 0.01%。
【文檔編號】C22C38/60GK103668002SQ201310583243
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月20日 優先權日:2013年11月20日
【發明者】趙曉輝 申請人:馬鞍山瑞輝實業有限公司