專利名稱：一種低鎳奧氏體耐熱鑄鋼及其熔煉方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種耐熱鑄鋼及其熔煉方法，特別是涉及一種低鎳奧氏體耐熱鑄鋼及其熔煉方法，屬于鋼鐵冶煉技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
耐熱鑄鋼具有良好的高溫強(qiáng)度及抗高溫氧化性能，在高溫加熱爐及鍋爐設(shè)備等耐熱領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛。為提高耐熱鑄鋼的使用溫度和抗高溫氧化能力，在1000° C以上使用的耐熱鑄鋼中通常都含有較高比例的Cr，同時添加較多的貴金屬Ni，以達(dá)到擴(kuò)大奧氏體相區(qū)和穩(wěn)定奧氏體的目的。如目前在電廠鍋爐燃燒器噴嘴中常用的4Cr25Ni20Si2鋼(簡稱25-20鋼)中即含有約25% (重量百分比)的Cr和約20% (重量百分比)的Ni。我國是一個缺少M資源的國家，Ni的使用量又非常巨大，而生產(chǎn)用M的價格長期受國外的影響與控制，波動較大，導(dǎo)致產(chǎn)品成本增加，這是限制我國耐熱鑄鋼生產(chǎn)的一個瓶頸問題。因此，從減少M的用量、降低產(chǎn)品成本的角度出發(fā)，發(fā)展低鎳奧氏體耐熱鑄鋼，取代或部分取代目前的高鎳耐熱鑄鋼，具有十分可觀的經(jīng)濟(jì)與社會效益。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種低鎳奧氏體耐熱鑄鋼及其成分設(shè)計和熔煉方法，采用該成分設(shè)計和熔煉方法制備的耐熱鑄鋼，其M含量
0.4 1.0%(重量百分比)，同時具有較佳的力學(xué)性能和抗高溫氧化能力，在彡1250°C、保溫48小時后水冷的條件下無龜裂發(fā)生，適用于制作爐底板、爐門、加熱爐臺車護(hù)板等產(chǎn)品。本發(fā)明給出的技術(shù)解決方案是這種低鎳奧氏體耐熱鑄鋼，其特點是按重量百分比計，其組成份如下。C 0. 70 1. 0，Si 2. 50 3. 50，Mn :12. 0 14. 0，Cr :19. 0 22. 0，Ni 0. 4
1.0，N 0. 35 0. 50，鐵及不可避免的殘余元素余量。為更好的實現(xiàn)本發(fā)明的目的，按重量百分比計，所述低鎳奧氏體耐熱鑄鋼中不可避免的殘余元素硫含量控制在< 0. 030%、不可避免的殘余元素磷含量控制在< 0. 035%。為更好的實現(xiàn)本發(fā)明的目的，按重量百分比計，所述低鎳奧氏體耐熱鑄鋼中不可避免的殘余元素鋁含量控制在< 0. 015%、不可避免的殘余元素鈦含量控制在< 0. 015%。本發(fā)明給出的這種低鎳奧氏體耐熱鑄鋼熔煉方法，其特點是包括有以下步驟 (1)以采用工業(yè)純鐵、電解鎳、電解錳、高碳鉻鐵合金、硅鐵為原材料，采用中頻感應(yīng)爐進(jìn)行熔煉；(2)裝料，將原材料裝入中頻感應(yīng)爐，同時裝入按爐料重量百分比計0. 1 0. 3%的稀土，用于鋼液脫氧；(3)化料，化料期間中頻感應(yīng)爐的熔煉功率控制在1000 1200KW范圍內(nèi)；(4)硅鈣及稀土脫氧，待原料全部熔化后，加入氮化鉻，并控制此時中頻感應(yīng)爐的熔煉功率在500 700KW范圍內(nèi)，熔化氮化鉻期間繼續(xù)利用Si-Ca及稀土進(jìn)行鋼液脫氧；(5)磁場攪拌，利用中頻感應(yīng)爐對鋼液進(jìn)行磁場攪拌，促進(jìn)鋼液成分均勻及夾雜物上浮；(6)最終硅鈣脫氧，熔煉后期加入硅鈣粉對熔渣進(jìn)行擴(kuò)散脫氧，還原渣中相對不穩(wěn)定的化合物(例如Cr2O3) ； (7)澆注鑄錠，澆鑄時鋼液過熱度50 180°C，同時對鋼包吹氬攪拌以促進(jìn)鋼液成分均勻及夾雜物上浮，低鎳奧氏體耐熱鑄鋼在< 1250°C、保溫48小時后水冷的條件下無龜裂發(fā)生，即為質(zhì)量合格產(chǎn)品，適用于制作爐底板、爐門、加熱爐臺車護(hù)板等；其中整個熔煉過程中均采用氬氣保護(hù)。本發(fā)明采用中頻感應(yīng)爐熔煉、優(yōu)化耐熱鑄鋼成分、調(diào)整熔煉功率、電磁攪拌+氬氣保護(hù)精煉以及硅鈣+稀土聯(lián)合脫氧的方法熔煉低鎳奧氏體耐熱鑄鋼。通過調(diào)整低鎳奧氏體耐熱鑄鋼中C、N、Mn元素的含量及配比來達(dá)到既降低鎳含量、又能形成穩(wěn)定的單相奧氏體組織的目的；此外，通過N的加入使其在低鎳奧氏體耐熱鑄鋼中與Cr形成Cr2N型氮化物，達(dá)到抑制晶界碳化物析出，提高低鎳奧氏體耐熱鑄鋼抗高溫氧化性能；一方面通過硅鈣、電解 Mn及稀土進(jìn)行聯(lián)合脫氧，另一方面通過中頻感應(yīng)爐的磁場攪拌和澆注過程中鋼包吹氬攪拌促進(jìn)鋼液成分均勻及夾雜物上浮，達(dá)到降低氧化夾雜含量、保證低鎳奧氏體耐熱鑄鋼純凈度的目的；通過氬氣保護(hù)使低鎳奧氏體耐熱鑄鋼在熔煉過程中免受渣池輻射熱氧化，同時兼有減少鋼液中N流失的作用；通過熔煉后期加入硅鈣粉對熔渣進(jìn)行擴(kuò)散脫氧，還原渣中相對不穩(wěn)定的化合物(例如Cr2O3),達(dá)到有效地把貴重的合金元素還原回鋼液中的目的。通過以上方法，可降低低鎳奧氏體耐熱鑄鋼中的M含量、保證其力學(xué)及抗高溫抗氧化性能。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果是1.本發(fā)明通過調(diào)整C、N、Mn的含量及配比降低耐熱鑄鋼中的鎳含量，達(dá)到減少貴金屬鎳的用量，以降低產(chǎn)品成本的目的，同時又能形成穩(wěn)定的單相奧氏體組織，保證耐熱鋼的力學(xué)及抗高溫氧化性能；2.本發(fā)明通過N的加入使其在耐熱鑄鋼中與Cr形成Cr2N型氮化物，抑制晶界碳化物析出，提高耐熱鑄鋼抗高溫氧化性能；3.本發(fā)明通過熔煉過程中全程氬氣保護(hù)、硅鈣、電解錳及稀土的聯(lián)合脫氧，以及磁場攪拌和澆注過程中鋼包吹氬攪拌等方法，實現(xiàn)降低氧化夾雜含量、保證耐熱鑄鋼純凈度的目的；4.采用本發(fā)明中的成分設(shè)計和熔煉方法制備的低鎳奧氏體耐熱鑄鋼，其室溫屈服強(qiáng)度(％2)高于620 650MPa、抗拉強(qiáng)度高于690 710MPa，延伸率高于8 10%、斷面收縮率高于40 45%，同時具有良好、穩(wěn)定的抗高溫氧化性能，在< 1250°C、保溫48小時后水冷的條件下無龜裂發(fā)生。
具體實施例方式實施例1 :0. 7wt. %鎳奧氏體耐熱鑄鋼及其熔煉方法。采用5t中頻感應(yīng)爐熔煉低鎳奧氏體耐熱鑄鋼，熔煉全程采用氬氣保護(hù)，鑄鋼化學(xué)成分見表1，其制備過程為原材料為工業(yè)純鐵、電解鎳、電解錳、高碳鉻鐵合金、硅鐵等常規(guī)原料；2.將上述原材料及0. 1 0. 3%的稀土 (本實施例為0. 2%)裝入5t中頻感應(yīng)爐進(jìn)行熔煉；3.所述的低鎳奧氏體耐熱鑄鋼熔煉中，熔煉功率在500 1200KW范圍內(nèi)(本實施例為800KW)，化料期間熔煉功率在1000 1200KW范圍內(nèi)(本實施例為1000KW);4.待步驟 3中的原料全部化清后，分多批少量加入氮化鉻，并控制此時的熔煉功率在500 700KW范圍內(nèi)(本實施例為600KW)，熔化氮化鉻期間繼續(xù)利用Si-Ca及稀土進(jìn)行鋼液脫氧；5.所述的低鎳奧氏體耐熱鑄鋼熔煉中，熔煉期間利用中頻感應(yīng)爐的磁場攪拌和澆注過程中鋼包吹氬攪拌促進(jìn)鋼液成分均勻及夾雜物上??；6.所述的低鎳奧氏體耐熱鑄鋼熔煉中，熔煉后期加入硅鈣粉對熔渣進(jìn)行擴(kuò)散脫氧，還原渣中相對不穩(wěn)定的化合物(例如Cr2O3) ；7.待步驟6完成后，進(jìn)行鑄錠澆鑄，澆鑄時鋼液過熱度在50 180°C (本實施例為90°C);8.待步驟7完成后，在鑄錠上取樣，按GB/T 228-2002《金屬材料室溫拉伸試驗方法》進(jìn)行力學(xué)性能測試， 結(jié)果見表2 ；9.待步驟7完成后，在鑄錠上取樣進(jìn)行鑄鋼的高溫氧化性能測試，實驗溫度為 1150°C 1300°C，實驗條件及實驗數(shù)據(jù)見表3。
表1耐熱鑄鋼的化學(xué)成分(wt.
權(quán)利要求
1.一種低鎳奧氏體耐熱鑄鋼，其特征在于按重量百分比計，其組成份如下 C 0. 70 1. 0，Si 2. 50 3. 50，Mn :12. 0 14. 0，Cr 19. 0 22. 0，Ni 0. 4 1. 0，N 0. 35 0. 50，鐵及不可避免的殘余元素余量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低鎳奧氏體耐熱鑄鋼，其特征在于按重量百分比計，所述低鎳奧氏體耐熱鑄鋼中不可避免的殘余元素硫含量控制在< 0. 030%、不可避免的殘余元素磷含量控制在< 0. 035%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低鎳奧氏體耐熱鑄鋼，其特征在于按重量百分比計，所述低鎳奧氏體耐熱鑄鋼中不可避免的殘余元素鋁含量控制在< 0. 015%、不可避免的殘余元素鈦含量控制在< 0.015%。
4.權(quán)利要求1所述低鎳奧氏體耐熱鑄鋼的熔煉方法，其特征在于包括有以下步驟(1)以采用工業(yè)純鐵、電解鎳、電解錳、高碳鉻鐵合金、硅鐵為原材料，采用中頻感應(yīng)爐進(jìn)行熔煉；(2)裝料，將原材料裝入中頻感應(yīng)爐，同時裝入按爐料重量百分比計0.1 0. 3%的稀土，用于鋼液脫氧；(3)化料，化料期間中頻感應(yīng)爐的熔煉功率控制在1000 1200KW范圍內(nèi)；(4)硅鈣及稀土脫氧，待原料全部熔化后，加入氮化鉻，并控制此時中頻感應(yīng)爐的熔煉功率在500 700KW范圍內(nèi)，熔化氮化鉻期間繼續(xù)利用Si-Ca及稀土進(jìn)行鋼液脫氧；(5)磁場攪拌，利用中頻感應(yīng)爐對鋼液進(jìn)行磁場攪拌，促進(jìn)鋼液成分均勻及夾雜物上?。?6)最終硅鈣脫氧，熔煉后期加入硅鈣粉對熔渣進(jìn)行擴(kuò)散脫氧，還原渣中相對不穩(wěn)定的化合物(例如Cr2O3)；(7)澆注鑄錠，澆鑄時鋼液過熱度50 180°C，同時對鋼包吹氬攪拌以促進(jìn)鋼液成分均勻及夾雜物上浮，低鎳奧氏體耐熱鑄鋼在< 1250°C、保溫48小時后水冷的條件下無龜裂發(fā)生，即為質(zhì)量合格產(chǎn)品；其中整個熔煉過程中均采用氬氣保護(hù)。
全文摘要
一種低鎳奧氏體耐熱鑄鋼及其熔煉方法，其特點是按重量百分比計，該耐熱鑄鋼組份為C0.70～1.0，Si2.50～3.50，Mn12.0～14.0，Cr19.0～22.0，Ni0.4～1.0，N0.35～0.50，鐵及不可避免的殘余元素余量；其熔煉方法為原料準(zhǔn)備；裝料；化料；硅鈣及稀土脫氧；磁場攪拌；最終硅鈣脫氧和澆注鑄錠。本發(fā)明采用中頻感應(yīng)爐熔煉、優(yōu)化耐熱鑄鋼成分、調(diào)整熔煉功率、電磁攪拌+氬氣保護(hù)精煉以及硅鈣＋稀土聯(lián)合脫氧的方法熔煉低鎳奧氏體耐熱鑄鋼，通過調(diào)整低鎳奧氏體耐熱鑄鋼中C、N、Mn元素的含量及配比來達(dá)到既降低鎳含量、又能形成穩(wěn)定的單相奧氏體組織的目的。
文檔編號C22C33/04GK102373385SQ201010254238
公開日2012年3月14日 申請日期2010年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月16日
發(fā)明者劉智勇, 孫玲玲, 岳景東, 李寧, 李愛民, 林靜, 薩仁格日樂, 趙忠剛 申請人:沈陽科金特種材料有限公司