[发明专利]一种合金材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于合金领域，尤其涉及一种合金材料及其制备方法和应用。本发明提供的合金材料的组分包括：C0.6～1.0％；Si1～2.5％；Mn0.5～1.5％；Cr24～29％；Ni5～7％；Mo0.4～1％；Nb0.05～0.25％；N0.1～0.5％；RE0.1～0.3％；S≤0.03％；P≤0.04％；其余为Fe。本发明通过对合金材料的成分组成进行优化设计，使材料的性能得到明显改善。实验结果表明：本发明提供的合金材料在400～650℃区间内具有双相不锈钢组织，抗拉强度≥660MPa，硬度≥35HRC，延伸率≥3％，耐腐蚀当量≥30，非常适合作为工业固废焚烧处理用炉排材料。

技术领域

本发明属于合金领域，尤其涉及一种合金材料及其制备方法和应用。

背景技术

炉排炉焚烧技术目前已成为垃圾焚烧的主要处理手段，相较于回转窑、循环流化床等焚烧技术，炉排炉焚烧具有燃烧充分、热效率高、烟气处理量低等优点。炉排炉炉排工作条件十分恶劣，对炉排提出了耐高温、耐腐蚀、耐磨损的性能要求。

目前生活垃圾焚烧炉排多采用高铬铸钢，该材质硬度较高，在400℃以内具有较好的耐蚀性能。然而工业固废热值高，一般不低于2800kcal/kg，且其氯、硫含量高(部分S、Cl含量高于1％，如图1所示)。而且工业固废处理需求量大，预计2021年全国工业固废产生量将有望到达42亿吨，处理量将有望达到90000万吨。目前生活垃圾焚烧掺烧工业垃圾发现现有炉排材质超温明显，温度高达500℃，如图2所示，加剧炉排腐蚀，炉排寿命大大降低，部分炉排寿命使用1年后就发现有明显腐蚀；且掺烧量受限制，污染控制困难，对设备影响大，且有一定的政策风险。现有的生活垃圾焚烧炉排材质不能满足工业固废的处理要求，往往采用310s等高镍材质，但随之带来成本过高且炉排硬度低、耐磨损性能差。另外目前国内水冷炉排技术不成熟，水冷炉排铸造要求高、加工困难，制造成本高；且其运行存在漏水等问题，运行操作复杂、问题多。故上述两者方式均不能较好焚烧工业固废。

双相不锈钢该类钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点，与铁素体相比，塑性、韧性更高，无室温脆性，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高，同时还保持有铁素体不锈钢的475℃脆性以及导热系数高，具有超塑性等特点。与奥氏体不锈钢相比，强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高。但常规的双相不锈钢强度一般在500多MPa，对应的硬度往往较低，一般小于27HRC，高温条件下炉排耐磨性能较差。且炉排制作过程中往往需要增加复杂的热处理工艺，炉排生产成本增加。考虑到镍金属是一种非常重要的战略金属资源，而铌、钼单价非常高。以750t/d生活垃圾焚烧炉为例，其炉排用量就高达75t。因此，炉排成本对焚烧炉造价具有较大的影响。为寻求焚烧炉的经济性，目前常见的炉排材质多为高铬低镍的铁素体钢。但掺烧工业垃圾项目(垃圾热值高达2300kcal/kg)的炉排金属温度高，多在300℃～500℃(如图2所示)，现有高铬低镍的铁素体钢腐蚀减薄严重，不能满足长周期运行的要求。考虑到工业固废具有更高的垃圾热值，其炉排金属温度更高，因此，开发设计一种在具有优良耐高温、耐腐蚀、耐磨损的经济型炉排材料，是十分必要的。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种合金材料及其制备方法和应用，本发明提供的合金材料的拉伸强度和硬度较高，延展性适中，具有良好的耐高温、耐腐蚀和耐磨损性能，且该合金材料的生产成本低，经济性好，非常适合作为工业固废焚烧处理用炉排材料。

本发明提供了一种合金材料，以重量百分数计，其组分包括：

其余为Fe。

优选的，所述RE为LaCe混合稀土，Ce在混合稀土中的含量≥50wt％。

优选的，所述合金材料的金相组织包括奥氏体和铁素体。

优选的，所述合金材料的抗拉强度≥660MPa；所述合金材料的硬度≥35HRC；所述合金材料的延伸率≥3％。