[發明專利]用于改質奧氏體耐熱鋼碳化物的方法

有效

• 申請號: 202110267131.6
• 申請日: 2021-03-11
• 公開（公告）號: CN113088625B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 付建勛;孫晗
• 申請（專利權）人: 上大新材料（泰州）研究院有限公司;上海大學
• 主分類號: C21C7/00
• 分類號: C21C7/00;C22C38/58;C22C38/42;C22C38/06;C22C38/02;C22C33/04
• 代理公司: 北京知呱呱知識產權代理有限公司 11577
• 代理人: 彭伶俐

本發明公開了一種用于改質奧氏體耐熱鋼碳化物的方法，所述方法包括將含鎂奧氏體耐熱鋼原料依次經電爐冶煉、AOD爐冶煉、LF爐精煉、喂入鎳鎂包芯線、連鑄或模鑄、初軋開坯或模鑄、軋制、全固溶和時效固溶得到所述改質奧氏體耐熱鋼；其中，在所述LF爐精煉末期喂入鎳鎂包芯線，所述鎳鎂包芯線包括以下質量百分數的成分：Mg 7?25％、Ni 5?45％、Cr 20?40％、N0.1?5.5％，余量為Fe和不可避免的雜質元素。本發明改質奧氏體耐熱鋼的方法喂線過程穩定，反應平緩，沒有劇烈噴濺，且鎂元素收得率高，達到20％?35％，生產成本低。

技術領域

本發明涉及鋼鐵冶金技術領域，具體涉及一種用于改質奧氏體耐熱鋼碳化物的方法。

背景技術

奧氏體耐熱鋼被廣泛的應用于冶金、礦山、石油化工、電力等工業生產中，用于制備如干熄焦爐襯板、火電廠鍋爐燃燒器噴嘴、循環流化床鍋爐風帽、旋風筒內筒掛片等耐熱構件。高溫穩定性和高溫強度是耐熱鋼的兩大性能指標，也是耐熱鋼在工程應用中的重要研究課題。

21-4N鋼作為國內外普遍使用的排氣門用鋼是典型的耐熱鋼，也稱為氣閥鋼,其成分為：C 0.48-0.58％、Si0.35％、Mn 8.00-10.00％、P0.04％、S0.03％、Cr 20.00-22.00％、Ni 3.25-4.50％、Cu0.3％、N 0.35-0.5％，Al 0.02-0.03％。耐熱鋼的高溫運行過程的穩定性一直是國內外生產廠商及用戶關注的熱點。許多制造廠商或用戶試圖通過添加適當的合金元素、研究選擇合適的熱處理工藝，使之達到相對穩定的組織狀態，避免在使用過程組織中發生嚴重變化，導致排氣門在運行中發生失效。

影響耐熱鋼高溫穩定服役一個主要問題是鋼中碳化物的粗大。高端用戶要求鋼中碳化物尺寸在10μm以下，一般用戶要求鋼中碳化物尺寸在20μm以下，但是在實際生產過程中，由其是連鑄耐熱鋼，其碳化物尺寸多在30-50μm之間，大尺寸碳化物會造成橫截面上會出現碳元素的宏觀偏析，及晶粒度分布不均勻等現象，從而導致鋼材高溫穩定性降低，同時，性能均一性能變差。

奧氏體耐熱鋼是高合金鋼，鋼中碳和鉻含量很高，在凝固時會發生嚴重的枝晶偏析，使局部地區碳和其他金屬元素的濃度增高，當達到了形成共晶成分的條件時，就會偏析形成萊氏體共晶碳化物，從液相中直接析出。這種液析碳化物也稱為一次碳化物，一次碳化物的Cr含量較高，硬度和尺寸較大，在碳化物缺陷中的危害性也最大。但如果在凝固過程中，局部地區碳和其他金屬元素的濃度達不到析出條件時，這些區域在熱加工變形后會被拉長為高濃度的偏析帶，在隨后的冷卻過程中析出大量的碳化物而形成帶狀組織，因此也稱帶狀碳化物。此外在軋制過程中，奧氏體耐熱鋼受液析碳化物以及帶狀碳化物的影響下，其會在奧氏體冷卻過程中沿晶界析出先共析碳化物，這些碳化物會包圍這奧氏體晶粒，在顯微鏡下呈現網狀，因此也稱網狀碳化物。帶狀碳化物和網狀碳化物本質上都是從奧氏體中析出的碳化物，所以也被統稱為二次碳化物，二次碳化物的存在削弱了金屬間的結合力，使鋼材的力學性能降低，尤其會使沖擊韌性下降，并易引起晶界開裂，降低鋼的耐磨性。

為了改善鋼中碳化物的分布形態，減小碳化物占比,尤其是網狀碳化物的占比，提奧氏體氣閥鋼的性能，可以向鋼中加入稀土等元素來進行碳化物形態的調控，但是稀土成本較高，檢測復雜，澆注過程容易水口蓄瘤。

由于鎂的熔點是649℃，沸點是1090℃，在1600℃下蒸氣壓是2.038MPa，即蒸氣壓為20個以上大氣壓，鎂的沸點較低，在向鋼液添加過程中添加鎂包芯線的過程中，會揮發導致收得率低；另一方面，鋼液氧位較高時，喂鎂包芯線會發生脫氧反應，也會造成收得率顯著降低，過程噴濺嚴重、反應劇烈的問題。

發明內容

為此，本發明提供一種用于改質奧氏體耐熱鋼碳化物的方法。

為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案：