一种用于高温工况下的中碳耐磨钢及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于高温工况下的中碳耐磨钢及其制备方法，其化学成分为(重量％)：C：0.15～0.55％，Si：0.8～2.5％，Mn：1.0～2.5％，Cr：20.0～30.0％，Ni：10.0～16.0％，W：1.0～3.0％，Mo：0.5～2.0％，V：0.1～1.0％，Nb：0.05～0.5％，Ti：0.05～0.2％，N：0.05～0.2％，RE(稀土元素，主要以Y和Ce为主)：0.05～0.2％，S和P≤0.03％，其余为Fe和不可避免的杂质。采用配料→中频感应炉熔炼→钢包炉精炼→V法铸造→线切割成型→热处理的工艺流程制成。与对比材料ZG40Cr25Ni20Si2的在800℃高温摩擦磨损试验中，前者与后者的相对耐磨性之比不低于1.6倍，并且具有良好的高温抗拉性能和高温抗氧化性能，特别适用于水泥生产用冷却机设备的高温辊式破碎装置的辊圈。

【技术实现步骤摘要】
—种用于高温工况下的中碳耐磨钢及其制备方法
本专利技术涉及一种中碳耐磨钢，特别涉及一种在高温工况下(700~800°C )的中碳耐磨钢及其制备方法。
技术介绍
水泥作为当今社会生产建设一种必须的工程材料，其用量不言而喻，带来的能耗也居高不下。冷却机作为生产水泥的一种重要的设备，对熟料起到运输和冷却的作用，与熟料交换的热量用于水泥厂的余热发电，综合利用资源，降低能耗。 目前，国内冷却机设备的破碎装置均在尾部(工况温度在200°C左右)，很多大块熟料心部热量浪费；经研究，冷却机的破碎装置放置在700~800°C的位置，不仅能够将水泥熟料破碎均匀，更重要的是能够最有效的回收熟料热量。冷却机设备的破碎装置在使用时放置在700~800°C的位置，不仅承受高温水泥熟料的磨损，同时还得承受一定数量的水泥大块熟料的冲击，这就要求所用材料不仅能够抗高温氧化、抗高温磨损，还得有一定的韧性。 目前，在700~800°C的高温耐磨材料仅有少数欧洲水泥设备制造商生产和供货，牌号类似于国标ZG40Cr25Ni20Si2，使用寿命不低于2年，因此研发一种新型高温耐磨材料，能够打破国外对高温破碎装置在水泥生产设备上的垄断，故而研制高温耐热耐磨材料技术至关重要。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种能够在700~800°C高温工况下的用于高温工况下的中碳耐磨钢及其制备方法。 为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是:一种用于高温工况下的中碳耐磨钢，按质量百分比，包括以下成分:c:0.15~0.55%, S1:0.8~2.5%，Mn:1.0~2.5 %, Cr:20.0 ~30.0 %，N1:10.0 ~16.0 %，W:1.0 ~3.0 %，Mo:0.5 ~2.0 %，V: 0.1 ~1.0%，Nb:0.05 ~0.5%，T1:0.05 ~0.2%，N:0.05 ~0.2%，RE:0.05 ~0.2%，S+P ( 0.03%，其余为Fe和不可避免的杂质。 优选，按质量百分比，包括以下成分:C:0.15~0.4%，S1:1.0~2.0%，Mn: 1.0 ~2.0%，Cr:25.0 ~29.0%, Ni:10.0 ~14.0%，W:1.5 ~2.8%, Mo:0.6 ~1.8%，V:0.2 ~0.6%, Nb:0.1 ~0.35%, Ti:0.1 ~0.2%,N:0.1 ~0.2%, RE:0.08 ~0.15%,S ^ 0.01%, P ^ 0.02%，其余为Fe和不可避免的杂质。 更优选，按质量百分比，包括以下成分:C:0.2~0.3%，S1:1.0~1.5%，Mn:1.2 ~1.7%,Cr:26.0 ~28.5%,Ni:11.0 ~13.0%,ff:2.0 ~2.5%,Mo:0.7 ~1.2%，V:0.3 ~0.5%，Nb:0.15 ~0.25%, T1:0.1 ~0.2%，N:0.1 ~0.2%，RE:0.08 ~0.15%,S≤0.01 %，P≤0.02%，其余为Fe和不可避免的杂质。 最优选，按质量百分比，包括以下成分:C:0.25%, Si:1.2%,Mn:1.5%, Cr:27%,Ni:12.5%, W:2.2%, Mo:0.75%, V:0.4%, Nb:0.2%, Ti:0.1%, N:0.2%., RE:0.1%,S^0.01%,P^0.02%,其余为Fe和不可避免的杂质。 所述稀土元素RE以Y和Ce为主成分。 所述高温工况是指700~800°C的工况。 上述的用于高温工况下的中碳耐磨钢的制备方法，包括以下步骤: 第一步:配料 按照碳钢的化学成分，分别计算并称取废钢、硅铁、锰铁、镍板、钥铁、钨铁、钒铁、低碳络铁、闻碳络铁、钦铁、银铁和稀土 ； 第二步:中频感应炉熔炼 先将重量30~80%的废钢加入到中频感应炉中，待炉中废钢开始熔化后，再加入镍板、钥铁、钨铁和铌铁；再加入余下废钢，当炉中金属全部熔化后，再加入高碳铬铁、低碳铬铁、硅铁、锰铁和钒铁，化清；加入钢液重量0.01%的铝丝脱氧，脱氧后待中频感应炉的炉温达到1580~1610°C时，出炉； 第三步:钢包炉精炼 将钢水浇入钢包炉中，钢包炉温度稳定在1580±10°C，静置5~10分钟后放入稀土和钛铁，静置15分钟后，出炉浇注； 第四步:V法铸造 采用抽负压的方式使砂紧实形成型腔，钢液浇入型腔后，一直保持负压，浇注时负压保持在0.06MPa，在浇注的同时微振3~5s，频率50Hz，振幅不超过0.5mm,浇注完毕后负压保持在0.04MPa，保压30~45min，撤负压，出箱； 第五步:线切割成型 根据设计图纸要求，用线切割机机加铸件成成品； 第六步:热处理 成品件进行固溶+低温回火热处理:固溶温度1100~1120°C，保温时间根据壁厚调整，每15mm保温I小时，水冷，回火温度200~220°C，保温时间根据壁厚调整，每1mm保温1.5~2小时，空冷。 本专利技术的有益效果是:化学成分设计合理，与ZG40Cr25Ni20Si2相比在不增加成本的基础上，大幅提升在700~800°C高温工况下的耐磨性能。同时，在不损失耐磨性的前提下尽可能提高材料韧性，保证使用安全可靠性，首先通过添加RE (以Y和Ce为主)元素，提高合金的纯度，其次通过T1、Nb合金化法增加晶粒的形核核心，提高合金的形核率，在浇注过程中通过机械振动法破碎凝固前期形成的枝晶，再次增加形核核心，采用上述组合方式达到细化晶粒的目的。 【附图说明】 图1是本专利技术钢在800°C的高温抗氧化性能。 【具体实施方式】 下面结合附图和【具体实施方式】对本专利技术作进一步详细说明: 为实现本专利技术提供具有高温抗氧化性能和高温抗磨损性能的耐磨钢，本专利技术的成分控制如下: 成分设计理由或原理: 碳:在耐热钢中是一种强烈形成并稳定奥氏体且扩大奥氏体区的元素，它是一种间隙元素，通过和T1、V、W和Mo等强化元素的结合保证材料的耐磨性，但碳含量不宜过高，会对晶间腐蚀不力，故对碳含量控制在0.15~0.55%。优选地，碳含量为0.15~0.4%，更优选为0.2~0.3%。 锰:在铬-镍耐热钢中，锰可以提高氮在钢中的溶解度，锰和硫有较强的亲和力形成硫化锰，能够有效将钢中硫去除，锰的含量控制在1.0~2.5%能在本专利技术钢中发挥良好的作用。优选地，锰含量为1.0~2.0%，更优选为1.2~1.7%。 硅:是铁素体形成元素，在铬-镍耐热钢中，硅含量一般不超过2.5%。硅元素能够提高钢在氧化腐蚀介质中的耐蚀性，提高钢的耐热性，因此硅元素控制在0.8~2.5%。优选地，硅含量为1.0~2.0%，更优选为1.0~1.5%。 铬:是耐热钢抗氧化和抗腐蚀最主要的元素，同时铬又是强烈形成并稳定铁素体的元素，缩小奥氏体区。为了保证本专利技术钢的抗氧化性能和抗腐蚀性能，同时又保证钢在室温下为奥氏体组织，一般铬含量控制在20.0~30.0%。优选地，铬含量为25.0~29.0%，更优选为26.0~28.5%。 镍:是奥氏体耐热钢的主要元素，能够形成并稳定奥氏体组织，使钢获得完全奥氏体组织,提高钢的热强性。镍元素含量控制在10.0~16.0%。优选地,本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于高温工况下的中碳耐磨钢，其特征在于，按质量百分比，包括以下成分：C：0.15～0.55％，Si：0.8～2.5％，Mn：1.0～2.5％，Cr：20.0～30.0％，Ni：10.0～16.0％，W：1.0～3.0％，Mo：0.5～2.0％，V：0.1～1.0％，Nb：0.05～0.5％，Ti：0.05～0.2％，N：0.05～0.2％，RE：0.05～0.2％，S+P≤0.03％，其余为Fe和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种用于高温工况下的中碳耐磨钢，其特征在于，按质量百分比，包括以下成分:C:0.15 ~0.55%, S1:0.8 ~2.5%,Mn:1.0 ~2.5%,Cr:20.0 ~30.0%,N1:10.0 ~16.0%，W:1.0 ~3.0%, Mo:0.5 ~2.0%，V:0.1 ~1.0%，Nb:0.05 ~0.5%，T1:0.05 ~0.2%，N:0.05~0.2%，RE:0.05~0.2%，S+P ≤0.03%，其余为Fe和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的用于高温工况下的中碳耐磨钢，其特征在于，按质量百分比，包括以下成分:C:0.15 ~0.4%，Si:1.0 ~2.0%，Mn:1.0 ~2.0%，Cr:25.0 ~29.0%,Ni:10.0 ~14.0%,ff:1.5 ~2.8%,Mo:0.6 ~1.8%,V:0.2 ~0.6%,Nb:0.1 ~0.35%,Ti:0.1 ~0.2%,N:0.1 ~0.2%, RE:0.08 ~0.15%, S ≤ 0.01%, P ≤ 0.02%，其余为 Fe和不可避免的杂质。3.根据权利要求2所述的用于高温工况下的中碳耐磨钢，其特征在于，按质量百分比，包括以下成分:C:0.2 ~0.3%,Si:1.0 ~1.5%,Mn:1.2 ~1.7%,Cr:26.0 ~28.5%,Ni:11.0 ~13.0%，W:2.0 ~2.5%，Mo:0.7 ~1.2%，V:0.3 ~0.5%，Nb:0.15 ~0.25%，T1:0.1 ~0.2%, N:0.1 ~0.2%, RE:0.08 ~0.15%, S ≤ 0.01%, P ≤ 0.02%，其余为 Fe 和不可避免的杂质。4.根据权利要求3所述的用于高温工况下的中碳耐磨钢，其特征在于，按质量百分比，包括以下成分:C:0.25%, Si:1.2%, Mn:1.5%, Cr:27%, N1:12.5...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘旭，胡斌，刘智涛，黄云苓，陈廷伟，刘劲松，王洪霞，
申请(专利权)人：中材装备集团有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12