[发明专利]铁素体型耐热不起皮钢

说明书

本发明属于合金钢中的耐热钢。主要适用于工作温度小于1000℃的各种零部件、构件，如陶瓷和搪瓷行业烤花窑和成烧窑炉中使用的支架、垫板、吊勾等构件。

通常，用于陶瓷和搪瓷行业炉用构件的典型材料有日本的SUS304、SUS309S、SUS310S和美国的AISI304、309S、310S等。上述钢号的组织均为奥氏体，其强度可达53公斤/毫米²左右。它们的主要缺点是：（1）化学成分中含有较高的Ni，成本较高;（2）在高温条件下表面所形成的Fe-Cr-Si型保护膜易脱落;（3）热处理温度高，为1010～1180℃。

美国专利US4414023和US3852063均为Fe-Cr-Al型的耐热钢，化学成分较为复杂，故生产工艺中需采用AOD方法去碳，工艺复杂，成本较高。

本发明的目的在于提供一种价格低廉，生产工艺简单，抗氧化性能优异的耐热不起皮钢。

为了达到上述目的，在通常Fe-Cr-Al系钢种成分基础上，提高了Mn含量，并加入稀土Ce，同时考虑C、Cr、Al、Si、Ti、Ce元素的综合作用。

为保证在800～1000℃温度下具有一定的抗氧化性能，必须加入20%左右的Cr。合金的抗氧化能力随Cr含量的增加而提高，但考虑到合金的冷、热加工性能，一般Cr含量不宜超过25%。

钢中加入3%左右的Al，主要作用是使金属表面形成一层薄而致密的保护膜（即Al₂O₃膜）。由于铝在铁素体中有较强的扩散速率，使合金在高温使用过程中，金属表面总保持有较高的Al含量，形成富Al层。形成的保护膜能有效地阻止氧向内扩散，使合金在高温下抗氧化不起皮。

硅作为提高抗氧化性能的辅助元素，可增加合金基体与保护膜之间的粘附性，提高合金的抗脱落能力，Si加入量为1%左右。

Ti可与钢中的C结合，形成极稳定的间隙相，在高温下聚集长大的倾向小。可强烈阻止晶界移动;同时，还可防止高温下或焊后产生晶间腐蚀。

提高Mn含量，可保证钢的强度性能。

钢中加入适量的稀土Ce，可净化钢液，提高钢材质量;同时可改善晶界状态，提高晶界的抗腐蚀能力，防止高温下晶界被优先氧化。

根据上述理由，本发明提出了一种新型的Fe-Cr-Al系铁素体耐热不起皮钢。其具体化学成分（重量%）如下：

0.03～0.10%C、0.95～1.60%Si、1.05～1.50%Mn，16.0～22.0%Cr，2.0～4.5%Al，0.6～1%Ti，0.002～0.2%Ce，余为Fe。

本发明可采用真空感应炉或非真空感应炉加电渣重熔进行冶炼，采用锻造或轧制进行热加工，锻造或轧制温度为1150～1270℃，终锻或终轧温度大于850℃。控制终轧温度，可获得晶粒细小的铁素体组织，消除由于晶粒粗化而引起的脆性。

热加工后，需进行成品热处理，一般处理温度为730～800℃。

经热处理后，该钢的室温力学性能为：σ_b可达70公斤/毫米²，1000℃温度下200小时的氧化增重为0.59毫克/厘米²。

与SUS304和SUS310S和相比，本发明具有工艺简单，成本低和抗氧化性能优异等特点。表1列举了上述对比钢号与本发明的有关性能对比。

图1是本发明与SUS304、SUS310S的氧化增重曲线图。图中横座标为时间（小时），纵座标为氧化增重（毫克/厘米²），曲线1为本发明，曲线2为SUS304，曲线3为SUS310S。由图看出，随着时间的延长，氧化增重值上升，但本发明的上升速度均低于对比钢号。

图2是本发明在1000℃，200小时下抗氧化试验后，采用SEM（扫描电子显微镜）所做的合金表面分析。图中A、B、C三点分别处于合金的表面层、次表面层和基体位置，a、b、c分别对应于A、B、C三点表面分析的能谱图。由图a看出，A点对应的能谱图表明合金表面层铝元素的含量最高，表面形成的必然是铝的氧化物，对合金起着主要的防护作用;由图b看出，B点对应的能谱图说明次表面层的Fe、Cr、Al元素有较高浓度，可以形成三个元素的氧化物，其中铝的含量仍然是较高，说明铝在高温下有较强的扩散能力;图C的能谱图表示了合金的基体成分。

实施例