[发明专利]一种用于高温测量的耐热材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及耐高温材料，具体是适用于高炉测温用的新型材料，以及该种新型材料的生产、制造方法。

背景技术

温度一直是控制炼铁、炼钢的质量和成本的关键因素。对于炼铁，温度对铁水中的C、O、H、N、S、P和杂质元素的控制和高炉内煤气分布、炉料布料、高炉利用系数、焦比、喷煤、炉体运行等等因素都起着关键和指导性作用。对于炼钢，温度则直接决定了铁水的进一步净化以及脱氧、脱硫、脱磷去夹杂程度，也直接决定了炼钢设备的能耗和设备损耗。控制温度一直是炼铁、炼钢的关键环节。

温度测量一直是炼铁、炼钢的关键，随着无接触式顶摄像技术的逐步退出（弊端较多），传统接触式测温技术重新被钢厂启用。在全球钢铁领域内也已成为不可逆转之势。德国、美国、日本、中国、英国、巴西、韩国、印度、泰国等等国家纷纷淘汰无接触式顶摄像技术，而采用接触式测温技术，各种与接触式测温技术相关的新技术也得到了较大的发展。

接触式测温技术主要由两部分构成，一部分为温度测量单元，主要由热电偶、记录仪构成；另一部分为机械支撑及保护单元，主要由不锈钢构成各种保护结构，最常用的材料是310S或304不锈钢。随着高炉和炼钢技术的发展，温度逐渐越来越高，测量温度已经逐渐逼进1300--1400°C。目前温度测量单元尚能满足实际需要，但支撑和保护单元越来越不能满足实际需求。经常出现保护单元烧损严重、变形严重，直接影响测量位置，甚至造成监控失效无法测量，为此钢厂不得不对整个接触式测温系统进行更换，甚至造成高炉停产、修风等，成本极高，直接影响高炉效率和生产制造成本。

综合调研分析，围绕接触式测温技术的新技术发展主要表现在结构优化方面，即希望通过结构的优化延长测量寿命，鲜有围绕材料技术进行的新技术和创新，而现有310S或304不锈钢材料已经逐渐不能满足实际需求，适应高温测量用新型耐热材料已经具有了较大的市场需求。

发明内容

为了克服现有技术中310S或304不锈钢材料无法满足高温测量的需求，本发明的目的是提供一种适用于高温测量用新型耐热材料及其生产制造方法。

众所周知，金属材料的性能是由金属材料的组织结构决定，而金属材料组织结构又由金属材料的化学成分和热处理工艺最终联合决定。同时，材料的性能还与材料的冶金品质、组织和成分偏析及其他缺陷密切相关。

新材料发明包括材料设计技术、材料热处理技术、材料检测技术（包含化学、金相组织、机械性能等）；生产制造方法发明包括新材料生产制造方法、工艺；具体包括冶炼、铸造、锻造、热处理、焊接、机械加工等等。

高温耐热材料主要要求在高温下仍然保持较高的机械性能，为实现此目标，在材料设计过程中本发明采用了固溶强化和弥散强化相结合的强化方式，即通过在基体中通过固溶更多的合金元素来提高基体的强度，同时在基体之外通过形成一定的碳化物实现弥散强化。为解决碳化物网状析出问题，采用了稀土变质技术和锻造相结合的技术，即从材料设计和生产技术上进行条件保证。另外通过热处理过程控制最终决定材料的组织结构和机械性能。同时考虑到新材料必须满足可焊性的要求，在材料设计过程中充分考虑了与焊接相关的各项成分因素。为确保材料的品质，减少各种夹杂物及气体的影响，在工艺保障上采用了精炼和底吹氩技术。

本发明采用的技术方案是，一种用于高温测量的新型耐热材料，核心是在柔性的基体上点状或点网状地分布着一定程度的碳化物，从而提高材料的高温性能强度。其化学组成按重量百分比为：C：0—0.6%，Si：0.6—2.5%， Re：0.04—0.1%，W：1—4%，Mo：0.5—2%，Cr：18—27%，Ni：9—22%，Mn<0.8%，V：0—1%，S<0.035%，P<0.035%，其余为Fe。

上述材料化学成分中，碳既作为形成各种碳化物的组成元素，又作为基体强化素。形成碳化物时，既保证了总体的弥散强化，同时热处理加热过程中，一部分碳化物本身还会回溶到基体中，提高基体的强度及红硬性，同时碳是作为材料有无可焊性的一个关键性指标，综合全部因素，碳的成分含量为：C：0—0.6%。