专利名称:一种1200℃炉用奥氏体耐热铸钢的制作方法
本发明属于铬-镍系奥氏体耐热铸钢。
随着机械工业的发展，不仅热处理炉种类日益增多，而且对炉用金属构件提出更高的使用温度(1800℃)要求。目前国内研制成的其他耐热钢种，其最高持续使用的实际温度为1100℃左右，如ZG3Cr24Ni7N，为此，目前国内1200℃箱式电阻炉的炉底板大多用碳化硅砖并合而成。它虽耐高温，但属于脆性材料，易脆裂。据天津电炉厂、上海电炉厂介绍，其使用寿命较短，约4个月左右。并且由于其碎裂后，形成缝隙，使工件的氧化皮掉入炉底的型槽内，造成电热元件短路，影响生产。
国外HK-40(26Cr-20Ni)耐热铸钢最高使用温度为1150℃(出自“Metals handbook”8th Vol1);1150°～1200℃(出自“合金钢钢种手册”第四册耐热钢)。HI(28Cr-16Ni)耐热铸钢最高使用温度为1150℃，瞬时可达1180℃(出自“Metals handbook”8th Vol1)。它们虽均具有一定优点，但含镍量均较高，并且实际上属于持续使用温度为1150℃钢种。另有铝-硅系的4X23ЮТЛЦ耐热铸钢(出自“Литейное проиэводствб”1970年№4)，它虽用于1200℃，但冲击值很低(ak＝0.3～0.4公斤-米/厘米2)，不适合于受负载的炉用构件。
查阅了英国德温特出版公司出版的《世界专利索引》
PI 1970年-1980年的专利。又检索了英国德温特出版公司出版的《世界专利索引》
PI1964年-1980年上半年和
PIL1980年下半年-1983年底的专利。从国外专利的奥氏体耐热钢中，可用于1000℃-1300℃范围的如专利号(PAT)J53-7524和专利号(PAT)J54-58614，(其成份见表1)，它们的成份中，均按研制高温耐热合金的传统办法高铬量配以高镍量，或配以高钴量，同时辅以一定量的硅(＜2.00%)和具有一定量的锰(＜2.00%)。它们虽具有良好的热冲击性能，但成本昂贵，熔炼工艺较复杂，并从它们所含合金元素的平均百分数总和可知，均＞50%(专利号J54-58614为53%，专利号J53-7524为70%)，不属于铁基合金。
本发明的目的是发明一种有效的持续用于1200℃的、成份组成较简单的、并在成份中节约用镍量后仍能具有较好冲击韧性的、适合于热处理炉炉底板类构件的奥氏体耐热铸钢。达到具有较理想的综合经济效益。
本铸钢和比较铸钢的成份、使用温度、应用条件，如表1所示。本铸钢的主要性能如表2所示。从表1和表2可知本发明的特征是在已有的高温铬-镍系奥氏体耐热铸钢中，从成份的含量关系上作了如下改变高铬伴以更低值的锰(前者为获得Cr2O3为主的氧化膜层的连续性，后者保持Cr2O3为主的氧化膜层的致密性)和节镍伴以低硅(后者为保持较好的冲击韧性)，并非传统的高铬、高镍、一定量的硅(＜2.00%)和一定量的锰(＜2.00%)。因而本发明的成份数量关系是高铬(29.00-33.00%)、低硅(≤0.85%)、更低值的锰(≤0.45%)、节镍(9.00-13.00%)。
本发明制作成炉底板构件试用于步进式加热炉，经在1200℃持续使用约8400小时(一年左右)，氧化损失约1%左右，不裂，完整无损。制作成托板构件试用于热处理炉最高使用温度为1160℃，试用五年左右才出现裂纹试用证明是一种有效地持续用于1200℃的、国内外耐热铸钢中成份组成最简单的、综合经济效益最好的炉底板构件耐热铸钢，具有较好的冲击韧性。
本发明的实施例是1.化学成份范围，如表1中“ZG32Cr31Ni11N”成份所示。
2.在熔炼工艺上，不采用铝作脱氧剂，而祗采用硅-钙合金作脱氧剂。
3.机械性能①室温机械性能不同试验成份，经熔模铸造后，按规定加工成φ5×25毫米(标距)标准拉伸试样和断面为10×10毫米、长度为55毫米的无缺口的标准冲击试样。试样成份及测试结果如表3所示、表3数据表明σb≥70公斤/毫米2，αk值10公斤-米/厘米2以上的亦常见。
②高温机械性能α，1200℃瞬时抗拉试验不同试验成份，经熔炼铸造后，按YB899-77规定加工成φ5×25毫米(标距)的标准试样。试样的成份和测试结果如表3所示。表3数据表明可达到美国TAZ-8A(镍基)牌号在1205℃时的拉伸强度范围之内(σb＝2.4～5.6公斤/毫米2)(出自“Metals Progress”1975年，Vol7，NO3)。
b，950℃和850℃瞬时抗拉试验经砂型铸造(干型，并浇成150×150×16毫米试块，按YB899-77规定加工成φ5×25毫米(标距)的标准试样，试样成份如表4所示。测试结果如表5所示。
③高温持久强度经砂型铸造(干型)，浇成150×150×16毫米试块，按YB899-77规定加工成φ5×25毫米(标距)的标准试样。试样成份如表4所示。850℃和950℃持久强度测试结果分别为表6和表7所示。就其长时间为1100～1400小时的持久试验来说，其850℃、950℃，1000小时的持久强度值高于国内Cr10Mn12N耐热铸钢;850℃1000小时的持久强度值与国内的3Cr22Mn4Ni4耐热铸钢相同。
所测数据用外推法为
＝5.80公斤/毫米2
＝3.59公斤/毫米2
＝2.81公斤/毫米2
＝1.62公斤/毫米2
950℃持久强度 表7
④850℃长期时效的冲击韧性经砂型铸造(干型)，浇成150×150×16毫米试块，加工成10×10×55毫米无缺口的标准冲击试样，在850℃时分别保温20、200及1000小时效处理后进行室温冲击试验。试样成份如表4所示。测试结果如表8所示。从表8可知，经850℃200小时时效后，冲击值仍能达到3公斤-米/厘米2以上，高于国内45Cr20Mn5Ni5WMON耐热铸钢，1000小时时效为该钢同样条件下的冲击值，从实际运行可知，不影响高温使用。
表8
⑤抗冷热疲劳性能经砂型铸造(干型)，浇成150×150×16毫米试块(成份见表4)，加工成断面为17×14毫米、长为59毫米试样，再加工成半园槽(R＝1.0毫米)二条的、三条的以及角度为90℃、槽深为2毫米的试样各一种(共三种)，均经1200℃保温5分钟空冷，重复试验410次未出现裂纹。说明其抗冷热疲劳性能较好，缺口敏感性较差。
4.高温抗氧化性能抗氧化试验按YB48-64标准进行。试样尺寸为φ10×20毫米的园柱体，试验采用增重法，试样成份如表9所示。氧化增重速度如表10所示。由表10可知，400和500小时之间平均氧化增重速度＜0.5克/米2·小时。
5.物理性能热膨胀系数的测定试样尺寸为5×5×55毫米，测试结果如表11所示。
导热系数的测定试样尺寸为φ10×1.5毫米，试样成份如表4所示。测试结果如表12所示。
电阻率的测定试样尺寸为4×10×55毫米，试样成份如表3所示。测试结果如表13所示。
权利要求
1.一种用于1200℃的铬-镍系奥氏体耐热铸钢，它含有铁、铬、镍、氮、钼、硅、锰、钴元素，本发明的特征是在已有的1200℃铬-镍系奥氏体耐热铸钢中，不用昂贵元素钴和钼，在成份关系上高铬(29.00-33.00%)配以更低值的锰(≤0.45%)，节镍(9.00-13.00%)配以低硅(≤0.85%)，从而使本发明具有较好的抗氧化性和冲击韧性。
2.根据权利要求
1，所述的铬-镍系奥氏体耐热铸钢，其特征在熔炼工艺上不采用铝作脱氧剂而只采用硅-钙合金作脱氧剂。
专利摘要
本发明“一种1200℃炉用奥氏体耐热铸钢”属于铬—镍系钢种，它是一种持续用于1200℃的、成分组成较简单的、并在成分中节镍后仍具有较好冲击韧性的、适用于热处理炉的炉底板构件。
文档编号C22C38/40GK86100591SQ86100591
公开日1987年12月16日 申请日期1986年6月6日
发明者黄世民 申请人:上海铁道学院导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan