热处理炉用ZG35Cr24Ni7SiN耐热钢铸件垫铁耐热钢是一种专为高温环境设计的铸造合金材料，广泛应用于热处理炉、冶金设备及高温工业领域。

ZG35Cr24Ni7SiN耐热钢是一种专为高温环境设计的铸造合金材料，广泛应用于热处理炉、冶金设备及高温工业领域。本文以热处理炉用ZG35Cr24Ni7SiN铸件垫铁为研究对象，分析其材料特性、铸造工艺、高温性能及实际应用效果，为高温设备关键部件的选材与设计提供参考。

 一、ZG35Cr24Ni7SiN耐热钢的材料特性  

ZG35Cr24Ni7SiN属于高铬镍奥氏体耐热钢，其化学成分（质量分数%）为：C≤0.35%，Cr 23-25%，Ni 6-8%，Si 1.2-2.0%，N 0.15-0.25%，并含有少量Mn、Mo等元素。其设计理念基于以下核心性能需求：  

1. 高温抗氧化性：Cr元素在高温下形成致密Cr₂O₃氧化膜，有效阻隔氧气扩散，工作温度可达1100℃；  

2. 抗热疲劳性：Ni和Si元素的协同作用提高了材料的抗热膨胀系数稳定性，减少热应力导致的裂纹；  

3. 高温强度：N元素的固溶强化和Cr-Mo碳化物的弥散分布，显著提升高温蠕变抗力；  

4. 铸造工艺性：优化后的Si含量改善了钢液流动性，减少铸件气孔与缩松缺陷。

热处理炉用ZG35Cr24Ni7SiN耐热钢铸件垫铁

 二、热处理炉垫铁的功能需求与设计要点  

在热处理炉中，垫铁作为支撑结构件，需长期承受高温（800-1050℃）、机械载荷（工件重量）及频繁热循环的复合应力。传统材料（如普通耐热铸铁或低合金钢）易出现以下问题：  

- 高温软化导致尺寸变形；  

- 氧化皮剥落加速材料损耗；  

- 热疲劳裂纹扩展引发断裂失效。  

ZG35Cr24Ni7SiN铸件垫铁通过以下设计优化解决上述问题：  

1. 结构设计：采用网格状加强筋设计，提升刚性并分散热应力；  

2. 表面处理：铸造后经喷丸处理，消除残余应力并封闭表面微裂纹；  

3. 安装适配性：预留膨胀间隙，避免热膨胀导致的挤压变形。

热处理炉用ZG35Cr24Ni7SiN耐热钢铸件垫铁

 三、铸造工艺与热处理工艺优化  

1. 熔炼与铸造  

采用中频感应炉熔炼，控制浇注温度为1520-1550℃，并添加稀土元素（如La、Ce）进行微合金化，细化晶粒，提升高温韧性。  

2. 热处理工艺  

- 固溶处理：1150℃保温2小时，水淬，消除铸造偏析；  

- 时效处理：850℃回火4小时，空冷，促进碳化物均匀析出。  

工艺优化后，铸件室温硬度达HB 280-320，高温（1000℃）强度保持率＞65%。

 四、实际应用案例分析  

某汽车零部件厂热处理生产线中，原用25Cr20Ni垫铁平均使用寿命为6个月（约3000次热循环），更换为ZG35Cr24Ni7SiN铸件垫铁后，性能表现如下：  

- 寿命提升：连续使用18个月未出现明显变形或裂纹；  

- 维护成本降低：年维修频率减少60%；  

- 能耗优化：因垫铁尺寸稳定性提高，炉膛密封性改善，燃气消耗下降约5%。  

失效分析显示，旧垫铁以氧化剥落（占失效比例75%）和热疲劳裂纹（占25%）为主，而新材料的氧化层厚度仅为传统材料的1/3。

 五、与其他材料的性能对比  

 性能指标  ZG35Cr24Ni7SiN  25Cr20Ni  高铬铸铁（Cr28）   

 最高使用温度（℃）  1150  1050  950   

 高温抗拉强度（MPa, 1000℃）  85  55  40   

 热导率（W/m·K, 800℃）  18.2  15.5  14.0   

 成本指数  1.3  1.0  0.8   

数据表明，ZG35Cr24Ni7SiN在高温强度与抗氧化性方面具有显著优势，适用于对可靠性要求严苛的连续式热处理炉。

六、未来发展方向  

1. 复合强化技术：探索表面渗Al-Si涂层，进一步提升抗氧化极限温度至1200℃；  

2. 增材制造应用：开发3D打印专用粉体，实现复杂结构垫铁的一体成型；  

3. 寿命预测模型：基于有限元模拟（FEA）与大数据分析，建立高温服役寿命评估体系。

ZG35Cr24Ni7SiN耐热钢铸件垫铁凭借其优异的高温综合性能，已成为热处理炉关键部件的理想选择。通过材料成分优化、铸造工艺创新及结构设计改进，该材料在高温工业装备领域展现出广阔的应用前景。

参考文献  

1 高温合金铸造技术手册, 冶金工业出版社, 2020.  

2 热处理炉关键部件失效分析与改进, 《金属热处理》, 2022.  

3 ASTM A297/A297M-22 耐热铸钢标准.