[发明专利]铬镍铜钒铌氮高温耐热耐磨铸钢

说明书

本发明涉及高温耐热耐磨铸钢，特别是铬镍铜钒铌氮高温耐热耐磨铸钢。

在冶金、发电、化工、建材等工厂有许多高温磨损工况，目前火力发电厂锅炉多在高温高压下运行，其燃烧器喷口要在1000～1300℃的高温下工作，同时要承受重惩的煤粉冲蚀磨损。因此，该喷口要求很高的耐热耐磨性能。目前国内多采用1Cr18Ni9Ti、Cr25Ni20、Cr33Ni9N等钢种制作。这些钢的耐高温磨损性能较差，特别是喷口变形开裂，使用寿命较短，表面质量差，抗耐磨性差，影响钢材表面质量，急需一种新的Nb-V复合强化的钢种代替。

本发明的目的是提供一种高温耐热耐磨铸钢，它能在1000～1300℃高温下抗氧化、抗开裂、抗磨损。用来制造火力发电厂燃烧器喷口、轧钢厂导板及其它在该温度范围工作的构件。

本发明铬镍铜钒铌氮高温耐热耐磨铸钢的化学成分(重量％)为：C0.3～2.0％    Si1.36～2.50％   Mn0.83～2.50％   Cr20.0～46.0％Ni7.0～50.0％  Cu0.05～1.50％   V0.05～5.20％    Nb0.04～2.5％N0.05～0.50％  RE0.05～0.50％   P≤0.06％  S≤0.04％

本发明铬镍铜钒铌氮高温耐热耐磨铸钢选择上述化学成分是基于下面的考虑：

碳(C)：碳是支撑本耐热耐磨钢特性的主干元素，是维系合金元素的核心，与铬、钒、铌形成炭化物，生成Cr₃C₂、Cr₂₃C₆、VC、NbC，这些炭化物具有很高的硬度和熔点，因而提高高温耐热耐磨铸钢的强度、硬度，并是稳定奥氏体的主要元素。碳含量高，钢的强度和硬度高，奥氏体组织稳定，但是钢的韧性差，故炭含量设计为0.3～2.0的范围内，根据制造工艺和介质不同，在此范围变动。

铬(Cr)：是影响高温耐热耐磨铸钢抗高温氧化性能和耐磨性能的主要元素，铬含量低，影响Cr₂O₃钝化膜的形成、降低钢的抗氧化性能，又不利于固溶强化和第二相强化，进而降低钢的高温强度、硬度和耐磨性能，铬含量过高，增加成本，容易开裂，故铬含量选定在20.0～46.0％的范围内。根据介质不同，在此范围变动。

镍(Ni)：是稳定奥氏体基体和提高高温强度的主要元素。适宜的镍含量可防止铸件变形和开裂。镍含量过低，不利于获得稳定的奥氏体基体，而且铸钢的强度和硬度也降低。镍含量过高，增加成本。故镍含量选定在7.0～50.0％的范围内，根据应用介质不同，在此规范内变动。

铜(Cu)：对耐金属粉化材料进行的研究证实，在某些介质中，形成稳定连续的氧化物层以防止渗炭以及金属粉化所需的最低铬含量为28％。高的铬含量影响到相的稳定性，所以又加入了铜，Nb-Cu复合强化铸钢表面质量好，抗起皱性好，耐蚀性好，耐磨性也好，Cu的共格强化提高了抗蠕变强度。加Cu的高温耐热耐磨铸钢抗热裂性能好。这是全国电厂急需解决的问题。

钒(V)：钒是本钢中不可替代的重要合金元素。钒是强碳化物形成元素，高的碳化物含量是构成高温耐热耐磨铸钢特性的基础。加V之后形成MC型碳化物，具有最高的高温硬度和高温组织与性能稳定性。碳化钒VC高温时不溶于奥代体而存在于剩余相中，起细化晶粒的作用；氮化钒(VN)比碳化钒能更有效地强化和细化晶粒，提高本钢的耐磨性、耐高温腐蚀性、韧性、强度、延展性、抗高温蠕变等综合力学性能，并使钢具有良好的可焊接性能，这对高温炉烟管和燃烧器喷口非常重要。当钒碳比超过5.7时，可大大提高抗高温腐蚀能力。本钢的耐磨性随着含钒量的增加而提高，当钒含量超过2％时，耐磨性明显提高。

铌(Nb)：是强烈形成炭化物元素。主要强化晶界，可显著提高铸钢的高温强度、硬度和耐磨性能，并可细化晶粒。本发明铸钢的铌含量选定在0.04～2.5％的范围内。

氮(N)：氮在高温耐热耐磨钢起着重要的、其它元素难以替代的作用。是最有效的镍当量，强烈的稳定奥氏体基体，与炭一起形成炭氮化物强化相。V(C、N)、Nb(C、N)细化晶粒，提高耐高温水腐蚀，Cr、N、V、Nb的复合运用，在本钢中形成大量细小高度弥散分布的CrVN、CrNbN，起沉淀强化作用，氮化钒、氮化铌均是硬质合金，使本钢特别耐磨；随着钢中含氮量的增加，促进了保护膜中Cr₂O₃含量的增长，并提高了致密度，提高了耐热腐蚀能力。