[发明专利]一种耐高温耐腐蚀合金钢材料及制备方法

说明书

一种耐高温耐腐蚀合金钢材料及制备方法，属于金属材料制备技术领域。采用电炉熔炼，先在中频感应电炉内以金属铝、铬铁、硅铁和废钢为主要原料，通过电炉熔炼获得含铝、铬、硅的合金钢钢液，成分为0.12～0.19％C,12.2～12.7％Al,27.1～27.9％Cr,6.9～7.7％Si,<0.4％Mn,<0.03％S,<0.03％P,余量Fe，然后将钢液温度加热至1628～1646℃，然后依次加入钛铁、氮化铬铁和锆硅铁合金，钢水全部进入钢包后，插入多元合金线，并浇注成铸件，经去应力退火后，获得的材料具有优异的耐高温腐蚀能力。

技术领域

本发明公开了一种合金钢材料，特别涉及一种耐高温耐腐蚀合金钢材料及其制备方法，属于金属材料制备技术领域。

背景技术

在石油化工、能源、动力、冶金、航空航天等领域普遍存在高温腐蚀问题，高温腐蚀造成了材料的极大消耗，严重影响部件的安全使用，提高材料的高温腐蚀性能，已成为世界各国普遍关心的重大科学问题。为了提高金属材料的耐高温耐腐蚀性能，中国发明专利CN105420625公开了一种耐氧化性介质高温腐蚀的不锈钢泵阀铸件，该不锈钢铸件在低碳钢具备良好韧性和塑性的基础上适当提高了B、Zr、Mg等元素的用量，赋予了铸件材料良好的力学性能，加工性好，热稳定性好，对氧化性介质有优异的抗氧化能力，提高泵阀使用寿命，保证生产完全，在熔液中加入的由蜂窝陶瓷粉负载纳米化Ca-RE中间相合金粉及石墨烯复合精炼剂在钢液中性能更为稳定，除杂化渣效率高，可有效的提高钢液的纯净度，从而改善铸件的质量，防止缩孔和开裂，经多次热处理后得到的不锈钢性能稳定，达到了节能高效的生产效果。中国发明专利CN 105154793还公开了一种高强度、高耐蚀双相耐热钢，其化学成分为：C：0～0.1；Si：0.1～1.0；Mn：0～0.5；Cr：12～25；Ni：15～22；Mo：0～4.0；Al：1.0～6.0；Nb：0.1～1.0；B：0～0.05；P不大于0.03；S不大于0.02；余量为Fe。其制备方法的特征在于，熔炼过程严格控制真空度≤5Pa，以避免N与Al化合物的不利影响；采用自由锻方式，热轧过程控制应变速率不小于1s^-1；单道次压下量不小于35％，采用快速冷却控制第二相尺寸。该发明实现了高温耐腐蚀性和高强度的匹配，在高温腐蚀性环境中使用，材料的综合性能明显优于现有双相耐热钢。中国发明专利CN 104694825还公开了一种耐腐蚀铸造高碳钢及其制备方法，该铸造高碳钢由以下化学成分按重量百分比组成：碳0.8-1.2％、硅1.2-1.6％、锰0.5-0.8％、铜1.5-1.8％、钛0.3-0.5％、铝0.15-0.18％、硼0.08-0.15％、Mo0.1-0.3％、N0.10-0.20％、P≤0.02％、S≤0.02％、余量为铁。制备方法：(1)冶炼；(2)当钢水温度达到1500-1550℃时，依次加入钢水质量分数的1.6-1.8％的金属铝、1.2-1.5％的硅铁、0.1-0.3％的硼铁、0.2-0.5％的钛铁和0.8-1.5％的锰铁，然后将钢水升温至1600-1650℃，保温2-3小时后出炉，将钢水注入浇包；(3)进行微合金化处理；(4)扒渣，浇入铸型；(5)热处理。该发明通过合理设置配比和制备工艺，形成的铸造高碳钢具有极高的强度、硬度、耐大气腐蚀好和耐高温腐蚀性能的优点。中国发明专利CN 102510909还公开了一种具有优异的耐高温腐蚀热疲劳裂纹性的奥氏体系不锈钢。该奥氏体系不锈钢以质量％计含有Cr：15.0％～23.0％、Ni：6.0％～20.0％，表层部覆盖有平均厚度5μm～30μm的高能量密度的加工层。中国发明专利CN 103667917还公开了一种耐高温低碳钢材料，其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳0.1-0.25、锌4.0-4.5、铝1.3-1.5、铜2.6-2.9、镁3.0-3.2、Si0.6-0.8、Mn6.3-6.5、B0.005-0.008、Ti0.03-0.05、P≤0.030、S≤0.030、余量为铁。该发明通过使用铝、镁等原料组合，合理设置配比和生产工艺，合理设置投放次序，形成的合金材料具有优异的耐高温腐蚀、高温不起皮，韧性和可塑性好、强度和硬度高、耐磨性好等特点；并使用部分废铁作为原料，提高合金的质量稳定均一。通过加入精炼剂，气孔度降低1-2度。中国发明专利CN 103643173还公开了一种耐高温腐蚀泵阀合金钢材料，其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳1.2-1.5、硅1.4-1.7、锰6.7-7.2、铬7.2-7.5、钒3.2-3.5、Be0.12-0.15、La0.08-0.10、S≤0.05、P≤0.05、余量为铁。该发明在高碳钢基础上添加Be、钒、铬、La等合金元素，使得合金钢不仅具有高的硬度和耐磨性能，而且还具有较好的韧性，耐高温腐蚀。该发明精炼剂用于铸造生产，明显提高成品率，特别是铸件中的气孔度降低1-2度，不会在铸件表面产生气孔，夹杂氧化物也明显降低，氧化夹杂物在2级左右。中国发明专利CN103614659还公开了一种内燃机用奥氏体合金钢材料，其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳0.5-0.7、锰6.0-6.5、硅1.0-1.2、铌0.5-0.7、镍3.2-3.5、铬15.2-15.5、钼0.001-0.003、P≤0.030、S≤0.030、余量为铁。该发明通过使用钼、铌等原料组合，合理设置配比和生产工艺，合理设置投放次序，形成的合金材料具有高的强度、硬度、耐磨性，还具有高的红硬性和热强性、耐高温腐蚀、抗氧化的特点，适用于内燃机；并使用部分废铁作为原料，使合金的质量稳定均一。该发明通过加入精炼剂，气孔度降低1-2度。中国发明专利CN103614664还公开了一种内燃机气阀用马氏体合金钢材料，其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳0.6-0.9、硅0.2-0.3、锰3.3-3.5、铬0.4-0.5、钼0.03-0.05、钒0.004-0.005、Ti0.06-0.08、Ni2.3-2.5、Sb0.01-0.03、P≤0.030、S≤0.030、余量为铁。该发明通过使用锑等原料组合，合理设置配比和生产工艺，合理设置投放次序，形成的合金材料具有高强度、高硬度、耐磨性好、韧性好、耐高温腐蚀性、抗氧化等特点，适用于内燃机气阀，气密度高；并使用部分废铁作为原料，使合金的质量稳定均一；通过加入精炼剂，气孔度降低1-2度。中国发明专利CN 103103450还公开了一种用于耐热不锈钢涡轮壳的材料，特征是，包括以下组份：C：0.3～0.5％、Si：1.5～2.5％、Mn：0.8～1.2％、P≤0.04％、S≤0.04％、Cr：18～27％、Ni：8～10％、Nb：1～2％，余量为Fe；单位为质量百分数。该发明所述用于耐热不锈钢涡轮壳的材料满足涡轮壳950℃～1050℃的工作温度范围，具有耐高温腐蚀的性能。中国发明专利CN 101906590还公开了一种具有纳米析出相强化的奥氏体耐热钢及其制造方法，其特征在于化学成分按质量百分数计为：C：0.002－0.02，Cr：24－26，Ni：22－24，N b+Ta：0.2－0.6，N：0.15－0.35，Mn：≤2.00，P：≤0.030，S：≤0.030，Si：≤0.75，余量为Fe和不可避免的杂质。制造方法为：将构成元素的原料经熔炼、热加工和冷加工制成钢件，然后进行最终热处理。最终热处理分两步：第一步，固溶处理：将钢件加热到1170－1250℃，保持30－60min，然后水冷到室温；第二步，退火处理：将经过固溶处理后的钢件加热到800－950℃，保持30－240min，然后空冷到室温。该发明钢在晶粒内部均匀分布有高密度的NbCrN型纳米强化相，尺寸在20－60nm之间，每平方微米面积内纳米强化相颗粒数在5－30个，在晶界上分布的M₂₃C₆型碳化物占晶界面积的百分数低于20％，高温持久强度明显提高，抗高温腐蚀性能也好。