[发明专利]一种稀土耐热钢及其铸造工艺

说明书

技术领域

本发明涉及耐热钢领域，具体为一种稀土耐热钢的材料设计与铸造工艺，利用稀土对合金钢进行进一步合金化，使其具有超级耐热性能。

背景技术

耐热钢应用非常广泛，但是耐热钢高温强度低，不抗氧化等问题，一直难于解决。普能耐钢工作温度超过900℃，强度开始明显下降，氧化速度也明显加快。用于连续退火炉的辐射管，循环加热炉的烧嘴等，均需要耐热钢材料。传统的耐热钢材料主要是Cr25Ni20，后来人们为了提高材料耐热能力和抗氧化能力，又提高了材料铬镍含量，有的炉管材料用到了Cr35Ni30。但是，当温度继续升高时，这些材料的高温强度下降较快，而热等静压设备中的导流管、料筒等，需要在1000℃以上，甚至达到1250℃的超高温条件下工作。因此，随着超高温条件下工作设备的增多，开发适合超高温条件下工作的耐热钢材料越来越显得紧迫。

发明内容

本发明的目的在于提供一种稀土耐热钢的材料设计与铸造工艺，采用本发明的冶炼和浇注方法，通过稀土合金处理钢水，实现钢水、铸件、钢锭、连铸坯的超纯净化，从而提高耐热钢的高温强度和高温抗氧化性。

本发明的技术方案是：

一种稀土耐热钢，合金成分主要是以高铬不锈钢为基础，以氮为主要奥氏体化元素，并在冶炼过程中加入稀土元素进行合金化；按重量百分比计，合金成分范围为：C 0.20～0.45，Si 0.82～2.55，Mn 2.0～13.0，Cr 10.5～29.0，Ni 0.9～2.5，Mo 0.3～0.6，O≤0.0025，N 0.0050～0.9，P≤0.020，S≤0.015，RE 0.01～0.38，Fe余量。

所述的稀土耐热钢，优选的，按重量百分比计，合金成分范围为：C 0.25～0.35，Si 1.8～2.2，Mn 10.5～11.5，Cr 19.0～21.0，Ni 1.8～2.2，Mo 0.3～0.4，O≤0.0020，N 0.30～0.40，P≤0.015，S≤0.010，RE 0.02～0.06，Fe余量。

所述的稀土耐热钢的铸造工艺，采用纯净废钢或铁水进行冶炼，中间合金均预热处理，选择纯稀土作为配料进行合金化处理，采用高温固溶热处理工艺进行热处理。

所述的稀土耐热钢的铸造工艺，采用中频炉冶炼，氮化铬铁中间合金预热400～800℃，分批次加入。

所述的稀土耐热钢的铸造工艺，稀土处理前，磷含量≤0.020wt％，并进行钢包精炼炉精炼，深脱硫，硫含量≤0.015wt％，再进入真空精炼炉，真空精炼钢，氧含量≤15ppm，氮含量≤50ppm。

所述的稀土耐热钢的铸造工艺，利用稀土合金处理钢水的过程如下：

(1)浇注铸件的钢水处理

电解纯稀土合金，制成方块状，每块0.1～0.5kg；利用喷砂机处理干净，露出金属光泽，用铝箔包裹，放入密封筒中，充氮气保护；稀土加入量是钢水重量的0.01～0.6％，将稀土按重量比2：1分成两部分，少的部分置于包底，与脱氧剂放在一起，用铝箔包好；多的部分出钢过程中，随钢水流加入，稀土合金随钢水进入包中，在钢水包中冲混；

(2)浇注钢锭、连铸坯的钢水处理

电解纯稀土合金，制成方块状，每块0.5～1.5kg；利用喷砂机处理干净，露出金属光泽，用铝箔包裹，放入密封筒中，充氮气保护；稀土加入量是钢水重量的0.01～0.6％，将稀土合金放入钟罩，直接从顶部加入钢包精炼炉，并且保持钢包精炼炉继续吹氩10～20min，再进行浇注。

所述的稀土耐热钢的铸造工艺，铸件的热处理采用高温固溶强化淬火处理，固溶温度1000～1250℃，固溶时间按壁厚尺寸计算，每增加25mm厚，保温时间增加0.5～2.0h，出炉后水淬。

所述的稀土耐热钢的铸造工艺，稀土合金选用高纯镧铈稀土合金，稀土元素含量99wt％以上；在镧铈稀土合金中，镧：铈重量比为1：(1～3)。

所述的稀土耐热钢的铸造工艺，通过包内加入稀土合金，细化晶粒，细化夹杂物，晶粒度在4级以上，夹杂物总和小于3.0级；稀土钉扎晶界，磷共晶无法偏聚，减少晶界氧化，提高材料抗氧化能力。

所述的稀土耐热钢的铸造工艺，通过高温固溶处理，使碳化物充分溶解，确保材料初始组织单一全奥氏体组织，在服役过程中，碳化物在晶界与境内重新析出，大幅提高高温条件下的组织稳定性，从而确保服役温度达到1000～1250℃的超高温度范围。

本发明的优点及有益效果是：