Cr-Mn-N合金在旋風筒內(nèi)筒掛片上的應用

鄧榮娟，楊耀東，劉旭，陳廷偉

Cr-Mn-N合金在旋風筒內(nèi)筒掛片上的應用

鄧榮娟1，楊耀東2，劉旭1，陳廷偉1

本文介紹了中材裝備集團熱工分公司為了提升C3旋風筒內(nèi)筒掛片的使用性能，研究并應用了一種無鎳的氮化物和碳化物共同強化奧氏體耐熱鋼(TRG-ZA-8)，通過添加非金屬元素N來形成高強度高硬度高熔點的氮化物，從而保證材質(zhì)的高溫力學性能。試驗研究表明，該合金在700℃的拉伸性能優(yōu)于ZG40Cr28Ni6RE (TRG-ZA-6)，且宏觀塑性變形能力優(yōu)良，能夠滿足C3旋風筒內(nèi)筒掛片的使用要求，合金中不含有貴金屬元素Ni，實現(xiàn)了較好的經(jīng)濟效益。

奧氏體耐熱鋼；碳化物；氮化物；高溫性能

預熱器旋風筒內(nèi)筒在水泥生產(chǎn)中起著關鍵性的作用，由于內(nèi)筒長期工作在高溫及沖刷環(huán)境中，這就要求內(nèi)筒的每個掛片具有良好的高溫抗氧化性和熱強性，以保證使用性能。

C3旋風筒內(nèi)筒的工況溫度在700℃左右，目前，該旋風筒內(nèi)筒常規(guī)采用ZG40Cr28Ni6RE奧氏體+鐵素體型耐熱鋼。為進一步提高內(nèi)筒使用壽命，適應惡劣工況，節(jié)約資源，可使用無Ni的Cr-Mn-N(TRG-ZA-8)奧氏體型耐熱鋼替代ZG40Cr28Ni6RE(TRG-ZA-6)耐熱鋼。

Cr-Mn-N(TRG-ZA-8)奧氏體型耐熱鋼的設計思路是：一種無Ni的奧氏體型耐熱鋼，其中加入Cr元素,不僅起到形成碳化鉻強化作用，更是起到高溫抗氧化作用；加入Mn元素，不僅形成碳化錳，最主要還能促進穩(wěn)定奧氏體的形成；加入非金屬元素N，生成氮化物對合金起到較大強化作用。

對制備好的Cr-Mn-N合金掛片工件取樣后，進行硬度、沖擊韌性以及700℃高溫拉伸性能[1、2]的研究，得到與ZG40Cr28Ni6RE耐熱鋼的性能對比（見表1）。

1 機械性能分析

表1為兩種材料在700℃時的高溫拉伸性能。通常材料發(fā)生相變的溫度為727℃，隨著合金元素的添加，相變溫度會略有下降，其測試溫度在相變溫度左右。此時，耐熱鋼ZG40Cr28Ni6RE中的鐵素體開始向奧氏體轉(zhuǎn)變，發(fā)生一定量相變，故Cr-Mn-N(TRG-ZA-8)在700℃的抗拉及屈服強度略高于ZG40Cr28Ni6RE。

表2為兩種材料開U型缺口的沖擊吸收功值。沖擊吸收功是抗拉強度和塑性變形的綜合指標，衡量材料使用安全的指標。

表1 高溫拉伸性能

表2 常溫沖擊吸收功能

表3 硬度值(HBS)

圖1TRG-ZA-8材料宏觀沖壓后的形貌

通過數(shù)據(jù)來看，ZG40Cr28Ni6RE的沖擊吸收功高于Cr-Mn-N (TRG-ZA-8)，為了保證材料的使用安全性，在現(xiàn)場對新材料制作的掛片進行宏觀沖壓實驗（圖1）。

從圖1可以清晰地看出，用新材料制作的掛片在壓力機的沖壓后，有明顯的變形痕跡，結(jié)合表2的數(shù)據(jù)，表明該材料制作的內(nèi)筒掛片在使用時是安全可靠的，不會發(fā)生脆斷問題。

2 宏觀硬度分析

分別對兩個對比樣件進行了5次硬度試驗，實驗結(jié)果如表3所示。從表3中數(shù)據(jù)可知，Cr-Mn-N (TRG-ZA-8)在常溫下的硬度值略低于ZG40Cr28Ni6RE。這是由于常溫下兩者的組織不同，導致硬度值出現(xiàn)差異。

3 結(jié)論

本文介紹了中材裝備集團熱工分公司為了提升C3旋風筒內(nèi)筒掛片的使用性能，而研究和應用一種無鎳的氮化物和碳化物共同強化奧氏體耐熱鋼(TRG-ZA-8)，通過添加非金屬元素N來形成高強度高硬度高熔點的氮化物，從而保證材質(zhì)的高溫力學性能。

通過試驗研究表明，Cr-Mn-N (TRG-ZA-8)合金在700℃的抗拉及屈服強度優(yōu)于ZG40Cr28Ni6RE (TRG-ZA-6)，并且該合金的宏觀塑變能力優(yōu)良，能夠滿足C3旋風筒內(nèi)筒掛片的使用要求。

[1]梁新邦,李久林,張振武.金屬力學及工藝性能試驗方法國家標準匯編[G].北京：中國標準出版社，1996.

[2]冶金工業(yè)部信息標準研究院標準研究所編.金屬材料物理試驗方法標準匯編[G].北京：中國標準出版社，1997.■

The Application of Cr-Mn-N Alloy for Inner Core of Cyclone

DENG Rong-juan,YANG Yao-dong,LIU Xu,CHEN Ting-wei
(1.Sinoma Technology&Equipment Group Co.,Ltd.-Pyrology Subsidiary Company,Tianjin 300400,China; 2.Sinoma International Engineering(Tianjin)Co.,Ltd., Tianjin 300400,China)

The article introduced the research of the austenitic heat-re?sistance steel(TRG-ZA-8)which was from Sinoma Technology& Equipment Group Co.,Ltd.-Pyrology Subsidiary Company.The alloy (TRG-ZA-8)was austenitic heat-resistance steel which was reinforced by carbide and nitride.Through adding the non-metal element N,the high temperature behavior of material was reinforced because of the high hardness and high melting-point nitride.The application of high-temperature tensile test expressed that the alloy was better than ZG40Cr28Ni6RE(TRG-ZA-6)at 700℃.The macro-deformation of al?loy was excellent.The request of service performance for inner core of C3cyclone was satisfied.The economic benefit of alloy was fine because of non Ni element.

austeniticheat-resistancesteel;carbide;nitride; high-temperature behavior

TQ172.622.29

A

1001-6171（2012）06-0083-02

通訊地址：1中材裝備集團有限公司熱工分公司，天津300400；2中國中材國際工程股份有限公司天津分公司，天津300400；

2012-02-08；編輯：沈穎