[发明专利]一种耐热耐磨合金钢及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料领域，具体涉及一种耐磨耐热钢及其制备方法。

背景技术

电力、冶金、水泥、建材、化工等工业装备关键部件承受高温氧化和介质冲刷磨损工况，如电力行业喷火嘴在高温工况下承受煤料冲刷，冶金行业篦条在输送炉渣过程中承受1000℃高温，同时承受炉渣的磨损，水泥行业篦板在1000℃高温工况下承受水泥的冲刷磨损，化工石油裂解管在近1000℃高温环境承受介质的冲刷等。在介质冲刷作用下，高温氧化形成的氧化膜被磨损冲刷，新的表面暴露，又形成氧化膜，新形成的氧化膜又被磨损，周而复始。在高温磨损工况下，氧化与磨损交互作用，因此就要求合金材料即抗氧化又耐磨损。在耐热材料基体中分布硬质点碳化物起抗磨损功能而凸出于基体，承担主要磨损功能，基体支撑碳化物不脱落，同时凸出基体的碳化物对基体有屏蔽作用，保护基体不被严重磨损，同时基体形成的致密氧化物与基体结合紧密，不易磨损掉。因此，均匀分布的硬质点碳化物，使其材料基体抗氧化性能高，晶粒细化可增加硬质点碳化物。

CN102230141A公开了一种链篦机篦板用耐热钢，成分与重量百分比：C：0.25~0.35%、Si：1.25~1.75%、Cr：27~29%、Ni：7~9%、Mn：0.3~0.5%、W：0.15~0.25%、Ti：0.05~0.15%,余量为Fe。耐热性和耐磨性不高。

CN102618804A、CN102888568A、CN103643171A均含较高Ni，耐热性好，但耐磨性不高。

发明内容

本发明的目的在于提出一种兼具耐热耐磨性的合金钢。

本发明另一个目的在于提出一种所述耐热耐磨合金钢的制备方法。

本发明所述耐热耐磨合金钢由以下成分及重量百分比组成：C：0.25~0.35%、Cr：17~19%、Mn：17~19%、Si：0.6~1.2%、Ti：0.6~1.0%、W：1.2~2.0%、P≤0.02%、S≤0.02%、Y：0.05~0.25%、Ce：0.05~0.25%和Al：0.025~0.05%，余量为Fe。

优选的耐热耐磨性合金钢由以下成分及重量百分比组成：C：0.28~0.32%、Cr：17.5~18.5%、Mn：17.5~18.5%、Si：0.7~1.0%、Ti：0.7~0.9%、W：1.5~1.8%、P≤0.02%、S≤0.02%、Y：0.08~0.20%、Ce：0.08~0.20%和Al：0.03~0.04%，余量为Fe。

本发明所述的耐热耐磨性合金钢的制备方法由以下步骤组成：

1.将废钢、低碳铬铁、电解锰装入炉中，熔化，充分搅拌钢液，造渣，渣量不低于炉料的3%，在1530~1550℃间扒渣，造新渣；

2.吹氧：钢液温度大于1580℃时吹氧，出液压力0.5~1.0MPa，时间5~10分钟；

3.还原：钢液中插入1~1.5Kg70%铝-20%硅-10%钙丝/吨，液面加入1%碳-50%硅-49%钙复合粉，造渣，渣量达到3.5~4%，保持20分钟后加入钛铁和钨铁；

4.出钢：将钢水倒入经烘烤的浇包中，钢包底加入0.2~0.8%的粒度3~5mm的钇-铈基混合稀土，出钢温度1620~1640℃；

5.浇注：铸件浇注温度1530~1580℃；

6.热处理：温度1050~1100℃，水韧处理，铸件出炉后入水时间不超过30秒，水温不高于38℃。

C是耐热钢不可或缺的元素，碳固溶于耐磨耐热钢中强化基体，与Cr、Ti等元素形成碳化物，提高耐磨性和热强性。但太多的C热疲劳性差，太低则耐磨性差，因此本发明C的成分范围0.25~0.35%。

Cr一部分固溶于钢中提高钢的耐热性，一部分与碳形成碳化物提高耐磨性，但太高易形成脆性相σ，材料热强性和耐磨性均降低，本发明Cr选择范围17~19%。

Mn是奥氏体化元素，是取代Ni最有效的元素之一，固溶于钢中的Mn在一定范围内通过热处理可获得奥氏体钢。Mn含量低不能完全获得奥氏体组织，耐热性差；含量高对熔体净化难度大，本发明Mn选择范围17~19%。

W固溶于基体中提高热强性。使之适用于更高的温度环境，同时W与C形成化合物以及固溶于铬的碳化物中均有利于耐磨性提高，本发明选择范围1.2~2.0%。

Ti与C形成Ti_xC_y，作为奥氏体形核和W的碳化物结晶核心，从而细化基体，同时改善W的碳化物形态，本发明选择范围0.6~1.0%。

Al-Si-Ca和C-Si-Ca是熔体净化去除氧元素。