一种发电锅炉喷燃器火嘴用钢及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种发电锅炉喷燃器火嘴用钢及其制造方法，该铸钢具有如下化学成分百分含量：Ｃ０．１－０．３５，Ｃｒ３１－３５，Ｎｉ６－８，Ｓｉ０．４－１．０Ｍｎ０．４－１．０，Ｔｉ０．０１－０．３Ｒ↓［Ｅ］０．０１－０．１０，Ｎｂ０．３－１．０，Ｃａ０．００１５－０．００４５，Ｍｇ０．００１－０．００５，Ｓ≤０．０３，Ｐ≤０．０３，其高温强度高，抗氧化性好，使用寿命长，制造工艺简便，成本低。主要用于１２００－１３２０℃及其以下的大中型发电锅炉喷燃器火嘴用钢及其他耐热构件。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及含铬、铌的合金钢
，具体是一种发电锅炉喷燃器火嘴用耐热铸钢。发电锅炉喷燃器火嘴是发电锅炉的关键部件。它长期处于高温1000-1300℃范围内工作，并承受煤粉的高速冲刷磨损，喷燃器火嘴的性能直接影响火电厂的安全经济运行。目前，国内常用1Cr18Ni9Ti、Cr20Ni14Si2等钢板焊接制作喷燃器火嘴。这类钢的高温抗氧化性、高温力学性能和高温磨料磨损性能均较差，使用中常被磨透，变形开裂，使用寿命达不到一个大修期要求，影响发电厂安全经济运行，而且Cr20Ni14Si2钢，含Ni量高，价格昂贵。目前，国外耐热钢大多采用一系列高镍合金钢制造发电锅炉喷燃器火嘴。例如，美国ASTM-HT(Cr17Ni35)，ASTM-HK(Cr25Ni20)等，这类钢高温抗氧化性能好，但含Ni量太高，价格昂贵，国内Ni资源缺乏，使其在推广应用中受到限制。另外，国家标准GB8492-87《耐热钢铸件》，提供了12个钢号，其中不含Ni或少Ni的ZG30Cr18Mn12Si2N，ZG35Cr24Ni7SiN等，由于其抗氧化性差，高温强度低，只适用于热处理炉用炉底板；另一类如ZG40Cr25Ni20，ZG30Ni35Cr15等，虽其抗氧化性能好，且具有较高高温强度，但含Ni量已高达20-35％，故价格昂贵，亦不宜选作火嘴用钢。为了节Ni，国内亦开展了少Ni耐热钢研究。《铸造技术》1996年第一期7页“稀土在含氮奥氏体耐热钢中的作用机理和冶炼工艺”一文公开的ZG3Cr18Mn9Ni4Si2NRE钢号，其不足之处是使用温度为1050℃，抗氧化性能为0.2g/M2·h，均不能满足火电厂锅炉喷燃器火嘴使用要求。本专利技术的目的是提供一种发电厂锅炉喷燃器火嘴用钢及其制造方法，该种铸钢不仅具有较高的高温强度，而且具有良好的高温抗氧化性能和抗高温磨料磨损性能，其工艺性好，成本较低，也可广泛用于工作温度在1200-1320℃及其以下的其他耐热构件。本专利技术是这样实现的一种发电锅炉喷燃器火嘴用钢，其特征在于为它具有如下化学成分百分含量的铸钢C 0.1-0.35，Cr 31-35，Ni6-8，Si 0.4-1.0，Mn 0.4-1.0，P≤0.030，S≤0.030，Ti 0.01-0.3，RE0.01-0.10，Nb 0.3-1.0，Ca 0.0015-0.0045，Mg 0.001-0.005，余为Fe。其最佳化学成分百分含量为C 0.2-0.3，Cr 31-33，Ni6-7，Si 0.4-0.8，Mn 0.4-0.8，P≤0.030，S≤0.030，Ti 0.03-0.10，RE0.03-0.050，Nb0.5-1.0，Ca 0.002-0.003，Mg 0.002-0.005，余为Fe。本专利技术在化学成分设计上采用超高Cr，以便大幅度增加高温抗氧化性能，另一方面在钢中加入适量Ni，以提高高温强度、高温硬度。同时加入微量Nb、Ca、RE、Mg、Ti等元素，实现多微合金强化，保证在高温条件下，具有较高高温强度，高温硬度，良好的塑韧性等优异的综合性能。选择适宜碳量以保证钢具有高强度、高硬度，又不产生(Fe、Cr)7C3碳化物，以免在使用过程中，火嘴开裂。保证发电厂安全经济发电。现将本专利技术耐热钢的化学成分设计依据及限定含量范围的理由综述如下(1)碳量为保证钢在高温下具有较高的高温强度，又具有良好的高温抗氧化性能，以及良好熔铸、焊接等工艺性能，故选定碳含量在0.1-0.35范围内。(2)铬量铬是本专利技术钢中保证具有高抗氧化性能的主加合金元素。只有加入足够数量的Cr才能在金属表面生成连续致密的氧化膜，才能具有较高高温抗氧化能力。本专利技术钢的Cr量控制在31-35％范围内，以使钢的抗氧化温度能达到1200-1320℃，并使钢具有较高的高温硬度。(3)镍量Ni是扩大r相区的元素，由于Cr是缩小r相区的元素。当钢中不加Ni时，其金相组织主要是铁素体和碳化物，碳化物降低钢的耐蚀性，并使钢变脆，导致火嘴使用过程开裂。加入适量Ni后，可使金相组织中出现适量奥氏体组织，增加溶碳能力。在本专利技术钢C、Cr含量范围内，可消除(Fe，Cr)7C3碳化物。同时由于Ni的固溶强化，可提高钢的强度。由于Ni贵，综合考虑，本专利技术钢将Ni定为6-8％。(4)硅、锰量从净化钢水的需要，又限制Si使钢变脆，Mn损害钢的抗氧化性能。故把Si、Mn控制在常规范围内即Si 0.4-1.0％，Mn 0.4-1.0％。(5)硫、磷含量在本专利技术钢中视S、P为有害元素，应尽可能降低其含量，应分别控制在S≤0.030％，P≤0.030％范围内。(6)稀土加入微量RE是用来净化钢水，细化晶粒，提高强度和韧性，改善铸造性能，减少热裂倾向。加入微量RE元素，还会使氧化膜更加稳定，从而明显提高钢的抗氧化性能。但加入过量稀土元素，会产生非金属夹杂物，损害钢的力学性能。故将RE控制在0.01-0.10％范围内。(7)铌量Nb是强烈形成碳化物的元素，与钢中碳形成稳定碳化物NbC，弥散分布于基体中，可以显著提高钢的高温强度和抗氧化性能。这是本专利技术钢与现有火嘴用钢重要区别之一。由于Nb的价格贵，在保证钢使用性能前提下，应尽量降低其加入量。故将Nb控制在0.3-1.0％范围内。(8)钛量微量Ti可与钢中C、Nb形成Nb和Ti的复合碳化物，提高碳化物高温稳定性，从而进一步提高钢的高温强度和高温硬度。本专利技术钢将Ti控制在0.01-0.3％范围内。(9)镁量镁在高温状态下，发生汽化，促使钢水沸腾，起到去气、搅拌、净化钢水的作用，可细化晶粒，提高钢的强韧性，消除非金属夹杂物造成的钢的脆性和热裂现象。钢中加入适量Mg还可使NbC更加精细化，且均匀分布于整个晶界面上，提高钢的热强性，Mg的合适含量应为0.001-0.005％范围内。(10)钙量向钢中加入微量Ca，可充分脱氧、去气、脱硫，净化晶界。Ca与S、O易于化合形成CaS和CaO，减少S、O有害作用，且能细化晶粒，可明显提高钢在高温下的塑性和韧性，防止火嘴部件的开裂，延长使用寿命。Ca应为0.0015-0.0045。本专利技术还提供了上述钢的如下制造方法其特征是将用电炉熔炼的原钢水进行复合变质处理，首先用铝对原钢水进行脱氧处理，然后将硅钙合金加入钢液中，使Ca达到要求化学成分，最后用高稀土低镁硅铁合金加入钢包中，用钢水冲熔，使RE、Mg、Si等达到要求化学成分，电炉可用电弧炉或中频电炉等。由于其铸造性能甚佳，故可采用水玻璃砂，或树脂砂浇铸壁厚8毫米以上的各种规格形状的喷燃器火嘴，无热裂，表面光洁，铸件组织致密，且以铸态供货，可省去通常的高温固溶热处理。根据要求，铸件可进行机加工、焊接。本专利技术钢与现有制造发电锅炉喷燃器火嘴用钢相比，具有下述优点1、加入较高Cr含量，未有意加有害抗氧化性的Mn元素，同时加入多种提高抗氧化性能的元素，使该钢具有较高抗氧化性能，加入适量C、Ni使钢铸态无碳化物(Fe，Cr)7C3，只有弥散分布的NbC颗粒，使本钢既具有良好高温耐磨性，又使工件使用中不开裂，本专利技术钢未加入易产生气孔的N元素，保证铸件组织致密。2、本专利技术钢所采用的高稀土低镁硅铁合金与硅钙合金联合处理钢液，变质处理后，可细化组织，提高高温强度以及抗氧化性能，且可基本消除铸件热裂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发电锅炉喷燃器火嘴用钢，其特征在于为具有如下化学成分百分含量的铸钢：Ｃ０．１－０．３５，Ｃｒ３１－３５，Ｎｉ６－８，Ｓｉ０．４－１．０，Ｍｎ０．４－１．０，Ｐ≤０．０３０，Ｓ≤０．０３０，Ｔｉ０．０１－０．３，Ｒ↓［Ｅ］０．０１－０．１０，Ｎｂ０．３－１．０，Ｃａ０．００１５－０．００４５，Ｍｇ０．００１－０．００５，余为Ｆｅ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王树炎，刁家亮，梁尽忠，沈忠，牟锡民，
申请(专利权)人：河北电力设备厂，
类型：发明
国别省市：13[中国|河北]