一种多元素复合成分耐热钢的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种耐热钢，特别涉及一种多元素复合成分耐热钢，属于金属材料技 术领域。
【背景技术】
[0002] 耐热是钢钢材的一个特殊种类，指用在高温环境下工作的材料，这种钢材在现代 工业中具有广泛的应用；发电站、锅炉、燃气轮机、内燃机、航空发动机等都需要在高温下工 作，同时耐热钢的发展也和这些专业的技术进步紧密相关。由于各类机器、设备、装置使用 的温度不同、承受的应力不同以及所处的工况环境有比较大的差异，所采用的钢材种类也 不尽相同；目前，耐热钢的使用温度从200°c到1300°C，工作压力从几兆帕到几十兆帕，工 作环境从单纯的氧化气氛，发展到硫化气氛、混合气氛以及熔盐和液体金属等更复杂的环 境，为了满足耐热条件不断发展的要求，耐热钢也在不断地发展。从最早期的低碳钢、低合 金钢，到成分复杂的、多元合金化的高合金耐热钢。冶金厂的各种退火炉罩，可控气氛连续 加热炉的马弗罐、辐射管、装料框架、链带等，多采用310 (0Cr25Ni20)或3Cr24Ni7SiNRe、 2Cr25Nil3耐热钢等；冶金厂连续式加热炉和热处理炉中大量的炉底辊和辐射管亦 采用高合金耐热钢离心铸管，常用的牌号有0Crl8Ni9、lCrl8Ni9Ti、0Crl7Nil2Mo2、 3Cr24Ni7SiNRe、0Cr23Nil3、lCr20Nil4、Cr25Ni20Si2、00Crl0Ni20Mo6Cu6、4Cr25Ni35NbW、 70CrMoVBRe、4Cr28Ni48W5Si2、3Cr26Ni4MnMoRe等。在水泥工业中，湿法水泥窑预热带中 的耐热钢链条，大型水泥窑蓖冷机用的篦子板，冷却机用的物料斗等，均使用了大量的耐热 钢件，如3Cr24Ni7SiNRe、lCr20Nil4、Cr25Ni20Si2等，根据正火后的组织类型，耐热钢一 般可以分为珠光体、马氏体、铁素体、奥氏体四种类型，在较高温度长时间稳定工作时，一般 需要奥氏体耐热钢，这种钢抗蠕变性能好、过热敏感性低、抗氧化能力强、焊接性能好，同时 还具有较高的强度和优良的铸造性能，是耐热钢发展的热点和重点之一，3Cr24Ni7SiNRe、 Cr25Ni20Si2、4Cr28Ni48W5Si2是这类钢的典型代表。主要用于制造各类加热炉用零件和热 交换器，制造热汽轮机的燃烧室、锅炉、加热炉炉底板和辊道以及炉管等，专利CN1118381A 公布了一种高强度耐热钢，尽管这种耐热钢具有足够的高温强度和硬度，而且具有优良的 抗氧化和抗腐蚀性能，但是由于含有209T28%的Ni，价格昂贵，所以造成材料的成本较高。 专利JP60-211054是为了解决钢的热加工性能而设计的耐热钢，其加工性能好，但是其S < 0. 002%，需要专门对S元素进行提纯，因此在冶炼上比较困难。专利CN1033291A公布了 一种铬锰氮型奥氏体耐热钢，其中C0. 4~0. 6%，Cr17~19%，Mn5~7%，Si1~2%，N0. 2~0. 3%， 这种钢尽管各种元素的含量较低，成本低，但是其工作温度不超过900°C，超过900°C时，其 力学性能变坏，不能满足高温的工作环境要求。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种既具有较好的高温强度，又有优异抗氧化性能和抗蠕 变性能的中碳多元素耐热钢，可以在l〇〇〇°C~1250°C长期稳定工作，以满足各种热处理炉 炉底板、炉底辊、可控气氛连续加热炉的马弗罐、装料框架、各种退火炉罩、通风机叶片滑轨 玻璃水泥窑等多种构件的制造和工作要求。
[0004] 为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案为：一种多元素复合成分耐热 钢，所述的耐热钢的成分含量以质量计为：C: 0. 25~0. 35%，Cr: 18~20%，Si: 3~4%，Mn: l~L5%，Mo:2~3%，Ni:5~6%，W:3~4%，N:0.2~0.3%，Nb:l~2%，Co:1.5~2.5%，Ce: 0. 1~0. 2%，P< 0. 03%，S< 0. 03%，余量为Fe，优选的，所述的耐热钢的成分含量以质量计 为：C: 0.25 ~0.3%，Cr: 18 ~20%，Si: 3 ~3.5%，Mn: 1~1.5%，Mo: 2 ~2.5%，Ni:5 ~5.5%，W: 3~4%，N: 0? 2~0? 3%，Nb: 1 ~2%，Co:1. 5~2. 5%，Ce:0? 1 ~0? 2%，P彡 0? 03%，S彡 0? 03%，余 量为Fe，优选的，所述的耐热钢的成分含量以质量计为：C: 0. 25、. 3%，Cr:18~19%，Si: 3~3. 5%，Mn: 1~1. 5%，Mo: 2~2. 5%，Ni:5~5. 5%，W: 3. 5~4%，N: 0? 2~0? 3%，Nb: 1~2%，Co :1. 5~2. 5%，Ce:0? 15~0? 2%，P彡 0? 03%，S彡 0? 03%，余量为Fe。
[0005] 本发明的有益技术效果为：加入Mo,Nb，W等强碳化物形成元素，能提高钢的高温 强度，同时Mo元素的加入，提高了材料的淬透性，加入的稀土Ce元素细化了晶粒，形成晶 粒细化，强化了基体。本发明的耐热钢，可以稳定地工作在不超过1250°C的高温下，抗变 形、抗氧化、耐磨损，和Cr25Ni20Si2、3Cr24Ni7SiNRE相比，其Gb、S、v三项力学性能指标 在1KKTC和1200°C均超过了对比材料的水平，〇b是抗拉强度、S是伸长率，u/是断面收 缩率，和CrMnN耐热钢相比，具有更高的抗氧化性和耐热温度，兼且具有较小的时效脆性倾 向。因此本发明可以用于热处理炉的耐热工件、大型水泥窑蓖冷机用的篦子板以及其他高 温重要受力工件上。
【具体实施方式】
[0006] -种多元素复合成分耐热钢，所述的耐热钢的成分含量以质量计为：C: 0? 25~0? 35%，Cr:18~20%，Si: 3~4%，Mn: 1~1. 5%，Mo: 2~3%，Ni:5~6%，W: 3~4%，N: 0? 2~0? 3%，Nb: 1 ~2%，Co:1. 5~2. 5%，Ce:0? 1 ~0? 2%，P彡 0? 03%，S彡 0? 03%，余量为Fe，优选 的，所述的耐热钢的成分含量以质量计为：C: 0. 25~0. 3%，Cr: 18~20%，Si: 3~3. 5%，Mn: l~L5%，Mo:2~2.5%，Ni:5~5.5%，W:3~4%，N:0.2~0.3%，Nb:l~2%，Co:L5~2.5%，Ce: 0. 1~0. 2%，P< 0. 03%，S< 0. 03%，余量为Fe，优选的，所述的耐热钢的成分含量以质量计 为：C: 0.25 ~0.3%，Cr: 18 ~19%，Si: 3 ~3.5%，Mn: 1~1.5%，Mo: 2 ~2.5%，Ni:5 ~5.5%，W: 3. 5~4%，N: 0? 2~0? 3%，Nb: 1 ~2%，Co: 1. 5~2. 5%，Ce:0? 15~0? 2%，P彡 0? 03%，S彡 0? 03%，余 量为Fe。
[0007] 本发明以铁元素为基体，同时加入Cr、Si、Mn、Mo、Ni、W、N、Nb、Co、Ce等多种元素 进行复合强化，保证具有较高的高温强度和抗氧化性，同时兼具优异的塑性和韧性，以下就 各元素在基体中的作用进行说明。
[0008]C在耐热钢中主要是形成各种碳化物，钢在常温下的强度随含碳量增加而增加，碳 含量过多时将使合金难于进行压力加工，故一般多小于0.45%。同时，C和N又是强烈的奥 氏体形成元素，由于Ni元素比较贵重，为了减少Ni元素的消耗，又能获得奥氏体组织，保持 足够的高温强度，钢在常温下的强度随含C量增加而增加，C