[其他]铬锰氮型奥氏体耐热钢

说明书

本发明是一种较为经济的铬锰氮型奥氏体耐热钢。该钢的主要特征是不含镍，锰含量较低，合金的总含量低，比较经济。该钢在９００℃温度下具有良好的抗氧化性、抗硫腐蚀性和耐磨性，有较高的高温强度和较好的高温冲击韧性，该钢可采用电炉或非真空感应炉冶炼，钢的铸造性能好，生产工艺简便。本发明主要适用于高温条件下有硫腐蚀和磨料磨损的零部件。

本发明属于合金钢领域，是一种铬锰氮型奥氏体耐热钢。主要适用于冶金、建材等工业在900℃温度下工作的零部件，如水泥窑冷却机的扬料斗等。

为了节约贵重的铬镍元素，代替铬镍型耐热钢，国内外相继发展了较经济的铬锰氮型耐热钢，如我国的3Cr19Mn12Si2N、2Cr20Mn9Ni2Si2N等。这些钢因其不含镍或少含镍，均比铬镍钢经济;但钢中含锰量达12%，因含锰量太高，对钢的高温抗氧化性和抗高温燃气腐蚀性有不利的作用，使其高温下的耐蚀性能较差，氧化增重速度较快。

本发明的目的在于提供一种在900℃下有良好的高温抗氧化性、抗硫腐蚀性及耐磨性，并有较高强度和冲击韧性的铬锰氮型奥氏体耐热钢。

为了达到上述目的，除了保证足够的铬、碳、氮含量外，还大大降低锰含量。

铬是本发明保证具有足够抗氧化性和抗硫腐蚀性的主要合金元素，铬含量不能低于17%。本发明的基体组织是奥氏体，为了节镍，需用锰、碳、氮代替镍，以便形成和稳定奥氏体组织。用6%左右的锰代部分镍，其余镍由碳、氮代替，要求碳+氮含量不能低于0.45%，否则不能形成单一的奥氏体组织。碳和氮在钢中能提高钢的高温强度和硬度，改善钢的铸造性能。氮的含量不能超过0.3%，否则铸件内部容易产生气泡缺陷。由于锰含量降低。减少了锰对钢的抗高温腐蚀性能的不利作用，改善钢的抗循环氧化性能，900℃温度下的氧化增重速度明显降低，氧化皮不易脱落。另外，由于碳含量较高，具有较高的高温强度。

根据上述考虑，本发明铬锰氮型奥氏体耐热钢的具体化学成分（重量%）如下：C0.4～0.6%，Cr17～19%，Mn5～7%，N0.2～0.3%，Si1.0～2.0%。

本发明可采用电炉或非真空感应炉冶炼，铸造性能良好，可采用砂模铸型浇铸成各种形状的零部件，也可进行锻或轧，加工成板材，棒材等。铸态下的金相组织为奥氏体。使用前，铸件不需进行热处理，故工艺简单。

通过试验表明，该钢具有较高的高温瞬时拉伸强度和良好的抗氧化性能。在900℃温度下铸态的抗拉强度σb≥18kgf/mm₂;800℃下的冲击韧性μ_K≥8.5kg·M/cm²，该钢经长期时效后，由于在奥氏体基体上析出了分布均匀的细颗粒状的碳化物，使硬度显著提高，在800℃时效2000小时后硬度Hv＞465，900℃抗拉强度提高到21kgf/mm²，此外，该钢在900℃下循环氧化100小时的氧化增重速度小于0.070g/m²·h，且氧化皮不剥落。本发明还具有良好的抗高温硫腐蚀性能和抗磨损性能，使之延长了零部件的使用寿命，得到了与高铬镍钢（如Cr25Ni20、Cr25Ni15等）同等的使用效果。

本发明与现有的铬镍型或铬锰氮型奥氏体耐热钢相比，其特点是钢中不含贵重元素镍，且锰含量也较低，钢的总合金含量低。比较经济;碳含量较高，奥氏体组织稳定，高温强度高，耐磨性好;由于锰含量降低，抗氧化性能得到提高，抗硫腐蚀性能有所改善。表1列举了本发明与3Cr19Mn12Si2N钢的性能对比。

表1 本发明与3Cr19Mn12Si2N的性能对比

实施例

按照所设计的化学成分范围，在500kg中频感应炉上冶炼了三炉本发明钢种，其具体化学成分如表2所示。

熔炼后，钢水浇铸成水泥窑冷却机扬料斗，该铸件是用砂模铸型浇铸而成;与此同时，每一炉钢水还浇铸一些园棒，为测定该炉钢的化学成分、力学性能和抗氧化性能等提供试料。