Cr-Mn-N合金在旋风筒内筒挂片上的应用

邓荣娟，杨耀东，刘旭，陈廷伟

Cr-Mn-N合金在旋风筒内筒挂片上的应用

邓荣娟1，杨耀东2，刘旭1，陈廷伟1

本文介绍了中材装备集团热工分公司为了提升C3旋风筒内筒挂片的使用性能，研究并应用了一种无镍的氮化物和碳化物共同强化奥氏体耐热钢(TRG-ZA-8)，通过添加非金属元素N来形成高强度高硬度高熔点的氮化物，从而保证材质的高温力学性能。试验研究表明，该合金在700℃的拉伸性能优于ZG40Cr28Ni6RE (TRG-ZA-6)，且宏观塑性变形能力优良，能够满足C3旋风筒内筒挂片的使用要求，合金中不含有贵金属元素Ni，实现了较好的经济效益。

奥氏体耐热钢；碳化物；氮化物；高温性能

预热器旋风筒内筒在水泥生产中起着关键性的作用，由于内筒长期工作在高温及冲刷环境中，这就要求内筒的每个挂片具有良好的高温抗氧化性和热强性，以保证使用性能。

C3旋风筒内筒的工况温度在700℃左右，目前，该旋风筒内筒常规采用ZG40Cr28Ni6RE奥氏体+铁素体型耐热钢。为进一步提高内筒使用寿命，适应恶劣工况，节约资源，可使用无Ni的Cr-Mn-N(TRG-ZA-8)奥氏体型耐热钢替代ZG40Cr28Ni6RE(TRG-ZA-6)耐热钢。

Cr-Mn-N(TRG-ZA-8)奥氏体型耐热钢的设计思路是：一种无Ni的奥氏体型耐热钢，其中加入Cr元素,不仅起到形成碳化铬强化作用，更是起到高温抗氧化作用；加入Mn元素，不仅形成碳化锰，最主要还能促进稳定奥氏体的形成；加入非金属元素N，生成氮化物对合金起到较大强化作用。

对制备好的Cr-Mn-N合金挂片工件取样后，进行硬度、冲击韧性以及700℃高温拉伸性能[1、2]的研究，得到与ZG40Cr28Ni6RE耐热钢的性能对比（见表1）。

1 机械性能分析

表1为两种材料在700℃时的高温拉伸性能。通常材料发生相变的温度为727℃，随着合金元素的添加，相变温度会略有下降，其测试温度在相变温度左右。此时，耐热钢ZG40Cr28Ni6RE中的铁素体开始向奥氏体转变，发生一定量相变，故Cr-Mn-N(TRG-ZA-8)在700℃的抗拉及屈服强度略高于ZG40Cr28Ni6RE。

表2为两种材料开U型缺口的冲击吸收功值。冲击吸收功是抗拉强度和塑性变形的综合指标，衡量材料使用安全的指标。

表1 高温拉伸性能

表2 常温冲击吸收功能

表3 硬度值(HBS)

图1TRG-ZA-8材料宏观冲压后的形貌

通过数据来看，ZG40Cr28Ni6RE的冲击吸收功高于Cr-Mn-N (TRG-ZA-8)，为了保证材料的使用安全性，在现场对新材料制作的挂片进行宏观冲压实验（图1）。

从图1可以清晰地看出，用新材料制作的挂片在压力机的冲压后，有明显的变形痕迹，结合表2的数据，表明该材料制作的内筒挂片在使用时是安全可靠的，不会发生脆断问题。

2 宏观硬度分析

分别对两个对比样件进行了5次硬度试验，实验结果如表3所示。从表3中数据可知，Cr-Mn-N (TRG-ZA-8)在常温下的硬度值略低于ZG40Cr28Ni6RE。这是由于常温下两者的组织不同，导致硬度值出现差异。

3 结论

本文介绍了中材装备集团热工分公司为了提升C3旋风筒内筒挂片的使用性能，而研究和应用一种无镍的氮化物和碳化物共同强化奥氏体耐热钢(TRG-ZA-8)，通过添加非金属元素N来形成高强度高硬度高熔点的氮化物，从而保证材质的高温力学性能。

通过试验研究表明，Cr-Mn-N (TRG-ZA-8)合金在700℃的抗拉及屈服强度优于ZG40Cr28Ni6RE (TRG-ZA-6)，并且该合金的宏观塑变能力优良，能够满足C3旋风筒内筒挂片的使用要求。

[1]梁新邦,李久林,张振武.金属力学及工艺性能试验方法国家标准汇编[G].北京：中国标准出版社，1996.

[2]冶金工业部信息标准研究院标准研究所编.金属材料物理试验方法标准汇编[G].北京：中国标准出版社，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

通讯地址：1中材装备集团有限公司热工分公司，天津300400；2中国中材国际工程股份有限公司天津分公司，天津300400；

2012-02-08；编辑：沈颖