[发明专利]一种发电锅炉喷燃器火嘴用钢及其制造方法

说明书

本发明涉及含铬、铌的合金钢技术领域，具体是一种发电锅炉喷燃器火嘴用耐热铸钢。

发电锅炉喷燃器火嘴是发电锅炉的关键部件。它长期处于高温1000—1300℃范围内工作，并承受煤粉的高速冲刷磨损，喷燃器火嘴的性能直接影响火电厂的安全经济运行。

目前，国内常用1Cr18Ni9Ti、Cr20Ni14Si2等钢板焊接制作喷燃器火嘴。这类钢的高温抗氧化性、高温力学性能和高温磨料磨损性能均较差，使用中常被磨透，变形开裂，使用寿命达不到一个大修期要求，影响发电厂安全经济运行，而且Cr20Ni14Si2钢，含Ni量高，价格昂贵。目前，国外耐热钢大多采用一系列高镍合金钢制造发电锅炉喷燃器火嘴。例如，美国ASTM—HT(Cr17Ni35)，ASTM—HK(Cr25Ni20)等，这类钢高温抗氧化性能好，但含Ni量太高，价格昂贵，国内Ni资源缺乏，使其在推广应用中受到限制。另外，国家标准GB8492—87《(耐热钢铸件》，提供了12个钢号，其中不含Ni或少Ni的ZG30Cr18Mn12Si2N，ZG35Cr24Ni7SiN等，由于其抗氧化性差，高温强度低，只适用于热处理炉用炉底板；另一类如ZG40Cr25Ni20，ZG30Ni35Cr15等，虽其抗氧化性能好，且具有较高高温强度，但含Ni量已高达20—35％，故价格昂贵，亦不宜选作火嘴用钢。为了节Ni，国内亦开展了少Ni耐热钢研究。《铸造技术》1996年第一期7页“稀土在含氮奥氏体耐热钢中的作用机理和冶炼工艺”一文公开的ZG3Cr18Mn9Ni4Si2NR_E钢号，其不足之处是使用温度为1050℃，抗氧化性能为0．2g／M²·h，均不能满足火电厂锅炉喷燃器火嘴使用要求。

本发明的目的是提供一种发电厂锅炉喷燃器火嘴用钢及其制造方法，该种铸钢不仅具有较高的高温强度，而且具有良好的高温抗氧化性能和抗高温磨料磨损性能，其工艺性好，成本较低，也可广泛用于工作温度在1200—1320℃及其以下的其他耐热构件。

本发明是这样实现的：一种发电锅炉喷燃器火嘴用钢，其特征在于为具有如下化学成分百分含量的铸钢：C 0．1—0．35，Cr 31—35，Ni 6—8，Si 0．4—1．0，Mn 0．4—1．0，P≤0．030，S≤0．030，Ti 0．01—0．3，R_E 0．01—0．10，Nb 0．3—1．0，Ca 0．0015—0．0045，Mg 0．001—0．005，余为Fe。

其最佳化学成分百分含量为：C 0．2—0．3，Cr 31—33，Ni6—7，Si 0．4—0．8，Mn 0．4—0．8，P≤0．030， S≤0．030，Ti 0．03—0．10，R_E 0．03—0．050，Nb0．5—1．0，Ca 0．002—0．003，Mg 0．002—0．005，余为Fe。

本发明在化学成分设计上采用超高Cr，以便大幅度增加高温抗氧化性能，另一方面在钢中加入适量Ni，以提高高温强度、高温硬度。同时加入微量Nb、Ca、R_E、Mg、Ti等元素，实现多微合金强化，保证在高温条件下，具有较高高温强度，高温硬度，良好的塑韧性等优异的综合性能。选择适宜碳量以保证钢具有高强度、高硬度，又不产生(Fe、Cr)7C3碳化物，以免在使用过程中，火嘴开裂。保证发电厂安全经济发电。

现将本发明耐热钢的化学成分设计依据及限定含量范围的理由综述如下：

(1)碳量：为保证钢在高温下具有较高的高温强度，又具有良好的高温抗氧化性能，以及良好熔铸、焊接等工艺性能，故选定碳含量在0．1—0．35范围内。

(2)铬量：铬是本发明钢中保证具有高抗氧化性能的主加合金元素。只有加入足够数量的Cr才能在金属表面生成连续致密的氧化膜，才能具有较高高温抗氧化能力。本发明钢的Cr量控制在31—35％范围内，以使钢的抗氧化温度能达到1200—1320℃，并使钢具有较高的高温硬度。

(3)镍量：Ni是扩大r相区的元素，由于Cr是缩小r相区的元素。当钢中不加Ni时，其金相组织主要是铁素体和碳化物，碳化物降低钢的耐蚀性，并使钢变脆，导致火嘴使用过程开裂。加入适量Ni后，可使金相组织中出现适量奥氏体组织，增加溶碳能力。在本发明钢C、Cr含量范围内，可消除(Fe，Cr)7C3碳化物。同时由于Ni的固溶强化，可提高钢的强度。由于Ni贵，综合考虑，本发明钢将Ni定为6—8％。