加熱爐用耐熱鋼ZG40Cr25Ni20爐底輥與沉沒輥的性能與應用

在冶金、玻璃制造、陶瓷燒結等高溫工業領域，加熱爐是核心熱處理設備之一。爐底輥和沉沒輥作為加熱爐內關鍵傳動部件，長期承受高溫、機械載荷、氧化腐蝕及熱疲勞等多重挑戰。耐熱鋼ZG40Cr25Ni20（又稱HK40鋼）因其優異的高溫強度、抗氧化性和抗蠕變性能，被廣泛應用于此類高溫部件的制造。本文重點探討ZG40Cr25Ni20材料的特性及其在爐底輥與沉沒輥中的實際應用。

 一、ZG40Cr25Ni20耐熱鋼的特性

ZG40Cr25Ni20是一種高鉻鎳奧氏體耐熱鑄鋼，其化學成分（質量分數）主要包括：  

- Cr（25-28%）：提供優異的高溫抗氧化性，在高溫下形成致密的Cr?O?氧化膜，阻止基體進一步氧化。  

- Ni（19-22%）：穩定奧氏體組織，提升材料的高溫強度和抗滲碳能力。  

- C（0.35-0.45%）：通過固溶強化提高高溫強度，同時與Cr形成碳化物增強抗蠕變性。  

關鍵性能優勢：  

1. 高溫強度與抗蠕變性：在800-1100℃環境下，材料仍能保持較高的屈服強度和抗拉強度（如1000℃時抗拉強度≥60MPa），有效抵抗長期高溫下的塑性變形。  

2. 抗氧化性：在氧化性氣氛中，Cr元素形成的保護性氧化層可穩定工作至1150℃。  

3. 抗熱疲勞性：奧氏體基體與碳化物的協同作用，賦予材料良好的抗熱震性能，適應頻繁啟停爐工況。 

 加熱爐用耐熱鋼ZG40Cr25Ni20爐底輥 沉沒輥

 二、爐底輥與沉沒輥的工作環境及挑戰

1. 爐底輥（Hearth Roll）  

   - 功能：支撐并輸送鋼帶、板材等工件在加熱爐內移動，需承受高溫（通常900-1200℃）、重載（輥身自重+工件重量）及爐內氣氛（氧化性、滲碳性）的侵蝕。  

   - 失效模式：高溫蠕變變形、表面氧化剝落、晶界腐蝕開裂。  

2. 沉沒輥（Sink Roll）  

   - 應用場景：常見于連續退火爐或熱鍍鋅線，輥體部分浸入熔融金屬（如鋅液）或鹽浴中，同時暴露于爐內高溫氣體環境。  

   - 特殊挑戰：需抵抗熔融金屬的腐蝕（如液態鋅的滲透腐蝕）、高溫氧化與機械磨損的復合作用。

加熱爐用耐熱鋼ZG40Cr25Ni20爐底輥 沉沒輥

 三、ZG40Cr25Ni20在輥類部件中的制造工藝

1. 鑄造工藝優化  

   - 采用精密砂型鑄造或離心鑄造，確保輥體組織均勻致密，減少縮孔、夾雜等缺陷。  

   - 通過控制冷卻速率，細化奧氏體晶粒，提升材料韌性。  

2. 熱處理工藝  

   - 固溶處理：1050-1150℃保溫后水冷或油冷，溶解碳化物并均勻化組織。  

   - 時效處理：700-850℃回火，析出細小Cr??C?碳化物，強化晶界，提高抗蠕變能力。  

3. 表面強化技術  

   - 熱噴涂涂層：在輥面噴涂Al?O?、Cr?O?陶瓷涂層，進一步提升抗氧化和抗熔融金屬侵蝕能力。  

   - 激光熔覆：針對沉沒輥接觸液態金屬區域，熔覆Ni基合金層，延長使用壽命。  

 四、實際應用案例與效果

某鋼鐵企業連續熱鍍鋅生產線中，原使用普通高鉻鋼沉沒輥在鋅液（460℃）和爐氣（950℃）交替環境下壽命僅為3-6個月。改用ZG40Cr25Ni20并輔以表面滲硅處理后，沉沒輥服役壽命延長至12-18個月，且輥面氧化剝落率降低70%。  

 五、使用與維護建議

1. 定期檢測：通過超聲波探傷監測輥體內部裂紋，利用紅外熱像儀評估表面氧化層完整性。  

2. 溫度控制：避免長時間超溫運行（超過1150℃），防止材料發生組織粗化或過燒。  

3. 氣氛管理：在還原性氣氛中補充微量H?或CO，抑制Cr?O?氧化膜被還原破壞。  

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 六、未來發展趨勢

隨著高溫工業對設備能效和壽命要求的提升，耐熱鋼ZG40Cr25Ni20的改性研究持續深入。例如：  

- 微合金化改進：添加Nb、W等元素細化碳化物，提高1100℃以上的抗蠕變性能。  

- 復合材料設計：采用梯度材料結構，表層為高Cr/Ni合金層，芯部為低成本耐熱鋼，兼顧性能與經濟性。  

ZG40Cr25Ni20耐熱鋼憑借其的高溫綜合性能，成為爐底輥與沉沒輥的理想選材。通過優化制造工藝、表面處理及科學維護，可顯著延長輥類部件壽命，降低設備維修成本，為高溫工業的高效穩定運行提供可靠保障。未來，隨著材料科學與制造技術的進步，此類耐熱鋼的應用潛力將進一步釋放。