鉻-鉬-釩-鈦-稀土系耐熱鋼鑲塊材料制造技術

本發明專利技術涉及內燃機渦流燃燒室鑲塊材料，特別是鉻－鉬－釩－鈦－稀土系鐵素體型耐熱鋼鑲塊材料，其重量組成為：Ｃ：＜０．１５％、Ｓｉ：２．０１－３％、Ｍｎ：０．１０－０．６０％、Ｓ．Ｐ＜０．０３％、Ｃｒ：１６－２０％、Ｍｏ：０．５－２．５％、Ｖ：０．０８－０．２０％、Ｔｉ：≤０．８％、Ａｌ：０．１０－０．１５％、ＲＥ：０．０１－０．１５％余為鐵。工藝流程為：非真空冶煉一直接澆鑄成圓鋼或精鑄成鑲塊毛坯—熱處理。尤其適用于制作農用、車用柴油機渦流燃燒室鑲塊，經使用證明，該材料具有良好的抗氧化、耐熱蝕、抗冷熱疲勞性能、使用壽命高，是４Ｃｒ１０Ｓｉ２Ｍｏ和４Ｃｒ９Ｓｉ２鑲塊材料的４－７倍。（*該技術在2008年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及內燃機渦流燃燒室鑲塊材料，特別是鉻-鉬-釩-鈦-稀土系耐熱鋼鑲塊材料，尤其適用于制作農用、車用柴油機渦流燃燒室鑲塊。渦流燃燒室鑲塊受高溫燃燒氣流的沖刷，并承受交變應力的作用。因此，鑲塊材料必須具有良好的抗氧化、耐熱腐蝕、抗冷熱疲勞性能。鑲塊材料性能的優劣直接影響內燃機整機的工作效率和能源消耗，選擇性能優良的鑲塊材料是內燃機行業極為關注的課題。目前，國外大多采用鎳基高溫合金Nimocast 80或鎳、鈷、鉻含量高的N-155鐵基合金制作鑲塊，其使用壽命可與內燃機同壽命，但因鎳、鈷含量高使鑲塊成本較高，而且冶煉工藝復雜;國內由于鎳資源缺乏，大多采用4Cr9Si2、4Cr10Si2M0等馬氏體型耐熱鋼作為鑲塊材料，但在使用過程中經常出現熱裂、熱蝕、松動、脫落等缺陷，其使用壽命為500-1000小時。上海內燃機研究所和上海鋼研所研制了幾種馬氏體、奧氏體、鐵素體型鑲塊材料(見表1)，其生產流程采用非真空冶煉-鑄錠-鍛造-熱軋 (700℃)/() 退火熱處理。這類鑲塊材料性能雖好，但因其含有鎳、鈷、鎢、鈮等元素成本仍然較高。因而，探索一種不含鎳、鈷、鎢、鈮等元素的性能優良的代鎳基合金鑲塊材料十分必要。本專利技術的目的是提供一種不含鎳、鈷、鎢、鈮等元素的鉻-鉬-釩-鈦-稀土系耐熱鋼鑲塊材料。本專利技術是一種鉻-鉬-釩-鈦-稀土系鐵素體型耐熱鋼鑲塊材料，其重量組成為C＜0.15%、Si2.01-3%、Mn0.10-0.60%、S.P＜0.03%、Cr16-20%、Mo0.5-2.5%、V0.08-0.20%、Ti≤0.8%、Al0.10-0.15%、RE0.01-0.15%，余為鐵;其工藝流程為非真空熔煉-直接澆鑄成園鋼或精密鑄造成鑲塊毛坯-熱處理(720-850℃保溫2小時，空冷)，無須鑄錠、鍛造、熱軋等工序。本專利技術鑲塊材料的金相組織為鐵素體+碳化物，硬度HRC＜15。本專利技術鑲塊材料的熱處理制度和材料中所包含的每一元素系根據下述理由予以限定(下述百分比為重量組成)。本專利技術熱處理制度采用720-850℃范圍內退火，保溫2小時空冷，可有效地消除鑄造應力，使晶界合金碳化物由連續網狀變為斷續鏈狀，減小材料的脆性，使韌性提高，在退火過程中按鉻鋼的熱處理升溫速度進行。為保證得到鏈狀碳化物，應盡量縮短保溫時間，減少脫碳。為獲得令人滿意的抗高溫氧化、抗熱裂、和耐熱蝕性能，本專利技術鉻的加入量為16-20%，并將碳控制在0.15%以下，可使材料獲得穩定的鐵素體組織，碳與鉻、鈦、釩形成碳化物，可提高材料的強度和抗蠕變應力。但由于碳含量＜0.15%，因而鑲塊材料的硬度較低(HRC＜15)，本專利技術者認為，碳化物的膨脹系數與基體的膨脹系數差異大，碳化物質點增加會導致鑲塊在冷熱交變情況下疲勞開裂。因鑲塊材料只受高溫燃氣流的沖刷，對材料的耐磨性能無特殊要求，實踐證明，本專利技術鑲塊材料硬度雖低，(HRC＜15)，但材料的抗疲勞、開裂性能和抗氧化性能有所提高，裝機使用情況良好。硅在鑲塊材料中以固溶體的形態存在于鐵素體中，提高鐵素體的硬度和強度，硅能封閉γ相區，可保證鑲塊能得到完全的鐵素體組織，同時，硅可增強鑲塊在高溫下的抗氧化、耐熱蝕性能，為不使鑲塊導熱系數過小，將硅限定在2.01～3%。鈦和混合稀土氧化物的加入可達到凈化鋼液的目的，加入稀土元素可增大鉻的擴散率，有助于Cr2O3鈍化膜的形成，稀土還可使氧化膜的粘附性提高，在金屬基體和外層氧化物之間形成富稀土的合金層，從而提高了基體金屬和外層氧化物之間的結合力，提高了氧化膜的熱穩定性。加入0.50-2.5%的鉬，除保證材料的熱強度外，還可提高鐵素體對高溫蠕變的抗力。鋁對鐵素體有一定的固溶強化，可提高鋼的抗硫化氫腐蝕性能，鋁與鉻共存于材料中，可顯著提高鋼的氧化性，但過多的加入鋁元素，可導致鋼中夾雜物增多，鑄造表面質量差，因此將鋁限定在0.10-0.15%。本專利技術的優點是1.因材料中不含鎳、鈷、鎢、鈮等元素，鑲塊成本大幅度下降，是Nimocast80鎳基高溫合金的20%左右，是馬氏體型耐熱鋼的60%左右。2.生產工藝簡單，采用直接澆鑄工藝，可提高材料利用率30%。3.材料性能好，使用壽命高，分別是4Cr10Si2Mo和4Cr9Si2的4-7倍。實施例化學成份為17%Cr、1.5%Mo、0.10%V、0.5%Ti、0.10%RE、0.4%Mn、2.01%Si、0.10%C、0.10%Al、S、P≤0.03%、余為Fe的柴油機渦流燃燒室鑲塊材料。工藝流程為150公斤非真空中頻感應電爐熔煉、直接澆鑄成直徑為42毫米的園棒或精鑄成鑲塊毛坯，經800℃保溫2小時，空冷后加工成鑲塊。金相組成為鐵素體+碳化物，硬度HRC＝12。其機械性能和物理性能如下物理性能為熔點T＝1490-1510℃、比重d＝7.4克/厘米3。高溫機械性能(見表2)，抗高溫氧化性能(空氣介質)(見表3)，導熱系數(見表4)，線膨脹系數(見表5)。鑲塊裝機試驗結果如下1.在195T型柴油機上按GB1150-74規范進行120%負荷(轉速2000轉/分、功率N＝14.4馬力)強化試驗后檢查，鑲塊無燒蝕，無裂紋，無松動及其他缺陷，見附附圖說明圖1)。2.在295G型柴油機上按NJ289-83規范進行了1000小時耐久試驗(轉速2000轉/分，功率N＝24馬力)，試驗表明，在1000小時耐久試驗過程中性能穩定、可靠、停機后拆機檢查鑲塊無松動、無燒蝕、無裂紋(見附圖2)。3.在SD1100型柴油機上按GB1105-74規范進行2000小時耐久試驗后檢查，鑲塊無燒蝕、不松動、脫落。(見附圖3)。4.將本專利技術鑲塊裝在2臺195T型柴油機中在泰山-12型拖拉機上裝機在山區、丘陵地使用近700小時和1200小時，工作油壓穩定在1.5公斤/厘米2、冷卻水溫度70-75℃，在超標定工況下進行工作后檢查、鑲塊無裂紋、無燒蝕、無松動脫落(見附圖4)。權利要求1.一種鐵素體型耐熱鋼鑲塊材料；其特征是重量組成為C＜0.15% Si2.01-3%Mn0.10-0.60% S·P＜0.03%Cr16-20% Mo0.5-2.5%V0.08-0.20% Ti≤0.8%Al0.10-0.15% RE0.01-0.15%余為鐵。全文摘要本專利技術涉及內燃機渦流燃燒室鑲塊材料，特別是鉻-鉬-釩-鈦-稀土系鐵素體型耐熱鋼鑲塊材料，其重量組成為C＜0.15％、Si2.01-3％、Mn0.10-0.60％、S.P＜0.03％、Cr16-20％、Mo0.5-2.5％、V0.08-0.20％、Ti≤0.8％、Al0.10-0.15％、RE0.01-0.15％、余為鐵。文檔編號C22C38/34GK1033397SQ8810968公開日1989年6月14日 申請日期1988年11月2日 優先權日1988年11月2日專利技術者公茂秀, 項宏瑤 申請人:山東省冶金設計研究院本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種鐵素體型耐熱鋼鑲塊材料；其特征是重量組成為：Ｃ：＜０．１５％，Ｓｉ：２．０１—３％Ｍｎ：０．１０—０．６０％，Ｓ.Ｐ：＜０．０３％Ｃｒ：１６—２０％，Ｍｏ：０．５—２．５％Ｖ：０．０８—０．２０％，Ｔｉ：≤０．８％Ａ ｌ：０．１０—０．１５％，ＲＥ：０．０１—０．１５％余為鐵。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】

【專利技術屬性】
技術研發人員：公茂秀，項宏瑤，
申請(專利權)人：山東省冶金設計研究院，
類型：發明
國別省市：37[中國|山東]