一種耐熱爐輥用高溫合金及熱處理爐用耐熱爐輥的製作方法
2023-09-21 20:58:15 2
一種耐熱爐輥用高溫合金及熱處理爐用耐熱爐輥的製作方法
【專利摘要】本發明涉及合金材料領域中一種耐熱爐輥用高溫合金及採用該高溫合金金製成的耐熱爐輥，其高溫合金包含如下重量百分比成分：0.25%～0.45%，Si0.5%～2.0%，Mn0.5%～1.5%，Cr26%～29.5%，Ni36%～40%，Co11%～15%，W1%～4%，Mo1.0%～2.5%，Nb0.4%～1.4%，Ce0.02%～0.2%，其餘為Fe和不可避免的雜質。本發明的高溫合金製成的耐熱爐輥在1150～1200℃的工況下較現有技術中的耐熱爐輥採用的高溫合金相比具有較高的持久強度及抗氧化、抗腐蝕性能，並具備一定的抗氧化積瘤和抗粘連性能，能夠延長製成的耐熱爐輥的使用壽命。
【專利說明】一種耐熱爐輥用高溫合金及熱處理爐用耐熱爐輥
【技術領域】
[0001]本發明涉及耐熱合金材料領域，特別涉及一種用於製造耐熱爐輥的耐高溫合金及採用該合金製成的熱處理爐用耐熱爐輥。
【背景技術】
[0002]輥底式熱處理爐主要用於鋼板、鋼管和線材的常化、退火、淬火、回火等熱處理工藝，由於它功能多，產量高，物料兩面受熱，熱處理質量好，同時可以完全實現機械化和自動化控制，有利於降低熱處理成本，因而在冶金行業得到了廣泛的應用。
[0003]爐輥是輥底式熱處理爐的關鍵部件之一，而且爐輥在整個熱處理爐中屬於易耗件，需定期維護和更換。為降低冷卻循環水帶走的熱量損耗，同時降低維護工作量，現有技術中的輥底式熱處理爐多採用無水冷爐輥，為滿足在1000°c以上的工作需求，其材質成分主要採用鉻、鎳、鎢等貴金屬，常用的牌號有ZG40Cr25Ni20Si2、ZG40Ni35Cr26Si2、ZNiCr28Fel7W5Si2C0.4 (原ZG40Cr28Ni48W5)等，當爐溫高於1100°C時，爐輥材質普遍採用後者，然而當爐溫進一步提升到1150°C甚至接近1200°C時，ZNiCr28Fel7W5Si2C0.4在無水冷狀態下也無法滿足長時間使用的要求，容易出現粘鋼、積瘤等問題。
【發明內容】
[0004]本發明針對現有技術中的輥底式熱處理爐爐輥在長時間高溫狀態下使用中容易出現粘鋼、積瘤等問題，提供一種耐熱爐輥用高溫合金，可實現在1150°C—1200°C使用溫度下具有較高的耐熱強 度及抗氧化、抗腐蝕性能，並具備一定的抗氧化積瘤和抗粘連性能，能夠延長製成的耐熱爐輥的使用壽命。
[0005]本發明的目的是這樣實現的，一種耐熱爐輥用高溫合金，該合金包括如下重量百分比的化學成分:c 0.25% ~0.45%, Si 0.5% ~2.0%, Mn 0.5% ~L 5%, Cr 26% ~29.5%, Ni36% ~40%，Co 11% ~15%，W 1% ~4%，Mo 1.0% ~2.5%, Nb 0.4% ~1.4%, Ce 0.02% ~0.2%，其餘為Fe和不可避免的雜質。
[0006]本發明的合金材料為面心立方奧氏體結構，加入36~40 wt%的Ni做為基體元素，具備足夠的相穩定性，可以在固溶一定合金元素的同時減少析出各種有害相的傾向，使做為動態部件的爐輥具有良好的抗熱疲勞性能。
[0007]本合金含有26.5~29.5 wt%的Cr，能夠結合合金中其它元素形成硬質碳化物從而提高耐磨性，同時也提高了合金的抗高溫氧化性能。超出此上限值的Cr濃度會導致熔融合金流動緩慢，降低鑄造性能，且導致熔融合金冷卻時產生成分偏析和內部裂紋的傾向增大。
[0008]本合金含有11~15 wt%的Co,以提高合金的抗腐蝕和抗熱疲勞性能,並改善合金表面接觸鋼坯後產生的積瘤和粘連現象。
[0009]本合金含有I~4 wt%的W和1.0~2.5 wt%的Mo，起到一定的固溶強化作用，提高合金再結晶溫度和原子間結合力，阻礙擴散形變，有利於降低合金層錯能，從而提高本合金的高溫持久強度。
[0010]本合金含有0.4~1.4 wt%的Nb，能夠形成起時效析出沉澱強化作用的Y '及Y "相，並增加Y ' -Y"錯配度，提高高溫抗拉和屈服強度，同時結合Co元素及難熔元素W、Mo，可獲得更穩定的高度合金化的相，使固溶強化作用和鑄造第二相骨架強化作用得到更佳配合。
[0011]本合金含有0.25~0.45 wt%的C，可配合Co、Nb等元素在鑄造合金的枝晶界及晶界上形成骨架，增加晶界和枝晶間的形變阻力，可提高合金高溫強度。
[0012]本合金加入了適量的Si，有助於增加合金的流動性並作為脫氧劑，起到了一定的固溶強化作用，其濃度應足夠高，以便能在合金內實現這些有利的影響，但不應過高以致降低合金的韌性。本發明中Si含量控制在0.5~2.0 Wt%0
[0013]本合金加入適量稀土元素Ce，在冶煉時做為純淨劑去除氣體和雜質，提高合金的純淨度，能夠減少雜質元素在晶界發生偏析的傾向，改善晶界組織，增加雜質的分散度，有助於提聞合金的聞溫持久性能。
[0014]作為本發明的進一步改進，本發明的耐熱爐輥用高溫合金的高溫合金進一步包括如下重量百分比的化學成分:C 0.32%~0.35%, Si 1.4%~1.7%, Mn 0.8%~1.1%，Cr27% ~29%，Ni 36% ~38%，Co 11% ~13%，W 2.5% ~3.5%, Mo 1.0% ~1.5%, Nb 0.4% ~
0.9%, Ce 0.05%~0.1 %，其餘為Fe和不可避免的雜質。
[0015]作為本發明的一種優選方案，本發明的耐熱爐輥用高溫合金具體包括如下重量百分比的化學成分:C 0.33% 、Si 1.55%、Mn 0.85%、Cr 28%、Ni 37%、Co 12%、W 3.25%、Mo 1.25%、Nb 0.65%、Ce 0.08%，其餘為Fe和不可避免的雜質。
[0016]本發明還提供一種採用上述合金材料製成的熱處理爐用耐熱爐輥。該爐輥，主要適用於軋鋼用輥底式熱處理爐，宜採用電弧爐冶煉或感應爐熔煉後離心鑄造成型，較目前廣泛使用的ZNiCr28Fel7W5Si2C0.4合金製成的爐輥相比，具有更好的組織穩定性和高溫強度，提高了抗氧化積瘤和抗粘連性能，能夠延長製成的耐熱爐輥的使用壽命。
【具體實施方式】
[0017]下面以例體實施方式詳細說明本發明。
[0018]實施例1
一種輥底式熱處理爐的耐熱爐輥，根據本發明設計的耐熱爐輥用高溫合金的化學成分，它包含如下重量百分比成分:C 0.33%, Si 1.55%, Mn 0.85%, Cr 28.03%, Ν?36.98%,Col2.01%, W 3.24%,Mo 1.25%, Nb0.66%, Ce 0.08 %，其餘為Fe和製造引起的雜質。將上述配比的合金材料採用鹼性電弧爐不氧化法冶煉後通過離心鑄造成型製得1#試件。
[0019]實施例2
一種輥底式熱處理爐的耐熱爐輥，根據本發明設計的耐熱爐輥用高溫合金的化學成分，它包含如下重量百分比成分:C 0.32%, Si 1.42%, Mn 1.08%, Cr27.11%, Ni37.99%,Coll.10%, W3.48%, Mol.50%, Nb0.41%, Ce 0.05 %，其餘為Fe和製造引起的雜質。將上述配比的合金材料採用鹼性電弧爐不氧化法冶煉後通過離心鑄造成型製得2#試件。
[0020]實施例3
一種輥底式熱處理爐的耐熱爐輥，根據本發明設計的耐熱爐輥用高溫合金的化學成分，它包含如下重量百分比成分:C 0.35%, Si 1.69%, Mn 0.80%, Cr28.86%, Ni36.07%,Col2.79%, W2.51%, Mol.02%, Nb0.90%, Ce 0.09 %，其餘為Fe和製造引起的雜質。將上述配比的合金材料採用鹼性電弧爐不氧化法冶煉後通過離心鑄造成型製得3#試件。
[0021]實施例4
一種輥底式熱處理爐的耐熱爐輥，根據本發明設計的耐熱爐輥用高溫合金的化學成分，它包含如下重量百分比成分:C 0.26%, S1.53%, Mn 1.50%, Cr26.07%, Ni39.98%,Coll.04%, W3.92%, Mo2.48%, Nb0.44%, Ce 0.03 %，其餘為Fe和製造引起的雜質。將上述配比的合金材料採用鹼性電弧爐不氧化法冶煉後通過離心鑄造成型製得4#試件。
[0022]實施例5
一種輥底式熱處理爐的耐熱爐輥，根據本發明設計的耐熱爐輥用高溫合金的化學成分，它包含如下重量百分比成分:C 0.44%, Sil.98%, Mn 0.52%, Cr29.96%, Ni36.01%,Col4.99%, Wl.03%, Mol.01%, Nbl.37%, Ce 0.18 %，其餘為Fe和製造引起的雜質。將上述配比的合金材料採用鹼性電弧爐不氧化法冶煉後通過離心鑄造成型製得5#試件。
[0023]比較例
一種採用ZNiCr28Fel7W5Si2C0.4合金製成的耐熱爐輥，將ZNiCr28Fel7W5Si2C0.4合金按成分配比採用鹼性電弧爐不氧化法冶煉後離心鑄造成型製得與1#試件同尺寸的6#試件五件。
[0024]將上述1#~6#試件在高溫持久性能試驗機上進行高溫拉伸試驗，並分別在輥底式熱處理爐中對進行實際 試用的對比試驗。
[0025]在高溫拉伸對比試驗中，按GB/T 2975-1998《鋼及鋼產品力學性能試驗取樣位置及試樣製備》在各實施例的爐輥上各取樣並製備試樣，然後按GB/T 4338-2006《金屬材料高溫拉伸試驗方法》分別進行900°C和1000°C下的高溫拉伸試驗，具體數據見表1。
[0026]表1高溫拉伸試驗
【權利要求】
1.一種耐熱爐輥用高溫合金，其特徵在於，該合金包括如下重量百分比的化學成分:
C 0.25% ~0.45%, Si 0.5% ~2.0%, Mn 0.5% ~1.5%, Cr 26% ~29.5%, Ni 36% ~40%，Co 11% ~15%，W 1% ~4%，Mo 1.0% ~2.5%, Nb 0.4% ~1.4%, Ce 0.02% ~0.2 %，其餘為 Fe和不可避免的雜質。
2.根據權利要求1所述的耐熱爐輥用高溫合金，其特徵在於，該合金包括如下重量百分比的化學成分:
C 0.32% ~0.35%, Si 1.4% ~1.7%, Mn 0.8% ~1.1%，Cr 27% ~29%，Ni 36% ~38%，Co 11% ~13%，W 2.5% ~3.5%, Mo 1.0% ~1.5%, Nb 0.4% ~0.9%, Ce 0.05% ~0.1 %，其餘為Fe和不可避免的雜質。
3.根據權利要求1所述的耐熱爐輥用高溫合金，其特徵在於，該合金包括如下重量百分比的化學成分:C 0.33%、Si 1.55%、Mn 0.85%、Cr 28%、Ni 37%、Co 12%、W 3.25%、Mo 1.25%、Nb 0.65%、Ce 0.08%，其餘為Fe和不可避免的雜質。
4.一種熱處理爐用耐熱爐輥，其特徵在於，所述爐輥採用權利要求1或2或3所述的耐熱爐輥用高溫合金製成。
【文檔編號】C22C30/00GK104032198SQ201410266186
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月16日 優先權日:2014年6月16日
【發明者】董傑, 侯煜, 蔣乃富, 江華, 周勁松 申請人:中冶京誠(揚州)冶金科技產業有限公司