耐熱鋼鑄造鑄就高溫防線：2520材料在鍋爐護(hù)板與爐門框的應(yīng)用在火力發(fā)電廠、煉化企業(yè)、大型化工廠等核心生產(chǎn)領(lǐng)域，工業(yè)鍋爐如同心臟般推動(dòng)著龐大系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)。其內(nèi)部燃燒室的工作溫度，對(duì)關(guān)鍵部件性能提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)——如何在高溫、反復(fù)熱沖擊（熱震）、磨損及氧化氣氛中，保障部件的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與長(zhǎng)久服役壽命？這一核心問題的答案，常在于正確選擇并精密控制制造工藝的高性能耐熱鋼材料。

一、守護(hù)爐膛的“高溫盔甲”：上下側(cè)護(hù)板與爐門框的嚴(yán)苛工況

* 鍋爐上下側(cè)護(hù)板：位于鍋爐爐膛的側(cè)壁區(qū)域，直接承受高溫火焰輻射、煙氣沖刷（高速含灰氣流）以及巨大的溫差應(yīng)力。它們不僅需要隔絕爐膛高溫、保證爐墻穩(wěn)定，更要具備優(yōu)異的抗高溫氧化能力，以防止因表面氧化剝落或燒損而“洞穿”爐壁。

* 鍋爐爐門框：作為檢修門、點(diǎn)火器、觀察孔或測(cè)量裝置的安裝“門戶”，爐門框反復(fù)承受門體開合引起的劇烈溫度波動(dòng)，是最易產(chǎn)生熱疲勞裂紋的區(qū)域之一。同時(shí)，其密封面需長(zhǎng)期抵抗煙氣腐蝕、輕微煙灰磨蝕，保證氣密性能不失效。

ZGCr25Ni20Si2（2520）耐熱鋼：高溫環(huán)境中的理想守護(hù)者耐熱鋼鑄造鑄板 鍋爐上下側(cè)護(hù)板2520爐門框

針對(duì)護(hù)板、爐門框所面對(duì)的嚴(yán)酷工作環(huán)境（1100°C或更高），ZG45Cr25Ni20Si2合金被為理想的解決方案。這種材質(zhì)具有以下難以替代的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)：

* 抗氧化/硫化能力： 得益于高達(dá)25%的鉻（Cr）含量，在高溫下可形成極其穩(wěn)定的富鉻氧化物（Cr?O?）保護(hù)層，有效隔絕內(nèi)部金屬基體與氧氣、煙氣中腐蝕性氣體（SO?等）的直接接觸。這是支撐其在長(zhǎng)期高溫服役下不易“燒毀”的根本。

* 高溫強(qiáng)度與蠕變韌性： 高鎳（Ni）含量（~20%）顯著增強(qiáng)奧氏體組織的穩(wěn)定性與高溫持久強(qiáng)度，即使在接近運(yùn)行極限溫度（1100°C以上）環(huán)境下，仍能有效抵抗因重力、煙氣壓力造成的變形與緩慢松弛（抗蠕變）。硅（Si）元素進(jìn)一步提升了材料高溫強(qiáng)度與抗熱疲勞能力。

* 杰出的熱疲勞抗力： 材料具備良好的韌性基礎(chǔ)，結(jié)合優(yōu)化的鑄造/熱處理工藝（控制晶界析出，減少有害相），使得零件對(duì)反復(fù)開閉爐門帶來的劇烈溫度循環(huán)具有更優(yōu)異的疲勞耐受性，有效延緩裂紋產(chǎn)生。

二、精密鑄造工藝：從液態(tài)鋼水到穩(wěn)固屏障的關(guān)鍵路徑

雖然ZG45Cr25Ni20Si2材料理論性能優(yōu)異，但復(fù)雜的鑄造工藝過程對(duì)最終部件的性能穩(wěn)定和服役壽命具有決定性影響。以下為其核心環(huán)節(jié)中的關(guān)鍵控制點(diǎn)：

1. 材料控制是關(guān)鍵起點(diǎn)：

   * 合金成分精度： 嚴(yán)格按國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（如GB/T 8492）控制Cr、Ni、Si、C含量，確保高溫強(qiáng)度與耐蝕性達(dá)標(biāo)。碳含量控制（C ≤ 0.30%）對(duì)優(yōu)化抗晶間腐蝕尤為重要。

   * 鋼水純凈度追求： 熔煉后期采用電弧爐（EAF）+ AOD/LF精煉技術(shù)深度脫除有害的雜質(zhì)元素硫（S）、磷（P）、氧（O）、氮（N）含量——高硫低磷的鋼液會(huì)顯著惡化高溫塑性（延展性），容易導(dǎo)致熱裂紋開裂；低氧可減輕鑄件內(nèi)部微小氣孔形成傾向。

2. 精妙造型與鑄造方案：

   * 優(yōu)化模具設(shè)計(jì)： 針對(duì)護(hù)板的大平板結(jié)構(gòu)或爐門框的復(fù)雜空腔結(jié)構(gòu)（尤其是門框可能具有多層密封臺(tái)階或冷卻腔），使用精密計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD/CAE）仿真充型凝固規(guī)律，合理布置保溫冒口系統(tǒng)及激冷點(diǎn)位置，平衡補(bǔ)縮壓力與冷卻速率，避免大平面區(qū)域產(chǎn)生內(nèi)部縮松。

   * 先進(jìn)造型材料： 使用熱穩(wěn)定高、耐火度達(dá)標(biāo)的優(yōu)質(zhì)覆膜砂或鋯砂鑄造材料制作型殼（對(duì)于失蠟法精密鑄造），減少澆注后砂型本身因高溫變形可能對(duì)鑄件尺寸帶來的影響，保證幾何精度。

3. 澆注溫控決定成敗：耐熱鋼鑄造鑄板 鍋爐上下側(cè)護(hù)板2520爐門框

   * 科學(xué)澆注溫度控制： 將ZG45Cr25Ni20Si2合金澆注溫度精確控制在1530°C至1580°C之間。過高易加劇成分偏析（晶內(nèi)不均勻）和收縮應(yīng)力；過低則會(huì)顯著惡化流動(dòng)性（變得粘稠），無法有效填充型腔輪廓末端及薄壁部位，增加冷隔、澆不足等風(fēng)險(xiǎn)。

4. 熱處理工藝解鎖韌性：

   * 熱處理的必要性： 鑄態(tài)組織通常含有粗大的枝晶和二次碳/氮化物脆性相沿晶界分布，因此必須執(zhí)行“固溶處理”：在1100°C到1150°C的預(yù)熱溫度下均勻保溫，充分溶解各類脆性相組織，而后進(jìn)行迅速水淬（Q），從而將韌性的過飽和奧氏體基體“凍結(jié)”保存下來。

   * 爐溫精度要求： 必須使用溫控精度穩(wěn)定的臺(tái)車式電阻爐處理大鑄件，確保大型護(hù)板或爐門框各部受熱均勻，避免溫差大造成零件扭曲變形或內(nèi)應(yīng)力殘留。

三、定制化關(guān)鍵部件應(yīng)用：護(hù)板、門框的差異化挑戰(zhàn)

* 上下側(cè)護(hù)板：大平面的抗形變之道

   * 設(shè)計(jì)要點(diǎn)： 針對(duì)其大平面的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通常采用加強(qiáng)筋網(wǎng)格結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（筋條高度厚度設(shè)計(jì)需合理），或優(yōu)化布局形成“魚背拱形曲面”，以有效抵抗高負(fù)荷下的高溫蠕變變形與受壓失穩(wěn)。

   * 工藝控制核心： 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)中側(cè)重金屬液充填過程平穩(wěn)，強(qiáng)化冒口保溫措施（如發(fā)熱冒口套），對(duì)大塊平板區(qū)域設(shè)置多道內(nèi)冷鐵激冷加速冷卻，避免因補(bǔ)縮不足形成中心縮松問題。

* 爐門框：熱沖擊下的“堡壘”

   * 設(shè)計(jì)強(qiáng)化策略： 在應(yīng)力高度集中區(qū)域（尤其是門框四周轉(zhuǎn)角），通常采用過渡圓角設(shè)計(jì)（減少內(nèi)應(yīng)力聚集點(diǎn)），并考慮必要時(shí)增設(shè)外部冷卻通道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（以加速危險(xiǎn)部位降溫），顯著提升抗熱疲勞壽命。

   * 鑄造難點(diǎn)攻堅(jiān)： 爐門框結(jié)構(gòu)復(fù)雜，內(nèi)腔（冷卻道）、外型面及各密封臺(tái)階須成形。采用精密組芯技術(shù)或使用3D打印砂型（以突破幾何復(fù)雜度限制）成為主要解決方案。澆注溫度控制、水冷強(qiáng)度設(shè)置對(duì)抑制焊接熱影響區(qū)（補(bǔ)焊位置）裂紋至關(guān)重要。

* 常用耐熱鑄造鋼性能對(duì)比及應(yīng)用場(chǎng)景參考（摘要）

材料牌號(hào) 典型高溫抗氧化等級(jí) 高溫持久強(qiáng)度等級(jí) 抗熱疲勞能力 典型應(yīng)用位置/溫度范圍 相對(duì)成本水平

ZG15Cr1Mo1V (常見1Cr0.5Mo) 中等 (≤580°C) 中等/良好 (在550~600°C) 尚可 集箱、常規(guī)管板、中溫聯(lián)箱 低

ZG35Cr24Ni7SiN（RE） 良好 (900~1000°C) 良好 (在750~900°C) 良好 鏈條爐爐排片、部分篦條 中高

ZG45Cr25Ni20Si2(2520) 優(yōu)異 (1100~1150°C) 優(yōu)異(950~1100°C) 優(yōu)異 高溫護(hù)板/爐門框、噴火口鑄件 高

ZG40Ni35Cr25Nb (HP-Nb改良) 優(yōu)異 (1100~1150°C) 優(yōu)異(高Nb強(qiáng)化) 良好 特殊爐內(nèi)支架、高溫夾具 很高

注：實(shí)際選材仍需結(jié)合具體工況溫度、應(yīng)力狀態(tài)、壽命要求及成本預(yù)算綜合決策。

四、平衡性能與成本：價(jià)值驅(qū)動(dòng)的材料選型考量

ZG45Cr25Ni20Si2合金中Cr、Ni等貴金屬含量高，其原材料成本顯著高于普通碳鋼和低合金耐熱鋼（如ZG20CrMo系列）。因此，選用2520材料制造護(hù)板/爐門框通常是基于特定需求：

* 非他不可的選擇： 當(dāng)爐溫運(yùn)行區(qū)間長(zhǎng)期高于1000℃（尤其是1100℃以上）；腐蝕性氣氛（高硫煤、含硫油）嚴(yán)重；爐門需要頻繁開閉，溫差沖擊極大——此時(shí)唯有2520級(jí)材料的高溫綜合性能才能保障5年甚至10年的有效服役安全期。

* 評(píng)估回報(bào)周期： 初始購置費(fèi)用雖高，但降低因部件早期失效導(dǎo)致停爐維修次數(shù)（每次檢修可能耗費(fèi)數(shù)十萬甚至上百萬元），長(zhǎng)期設(shè)備總體使用成本（TCO）可能反而降低。

五、結(jié)語

在高溫熔爐的核心防線前，ZG45Cr25Ni20Si2耐熱鋼鑄造的鍋爐上下側(cè)護(hù)板及爐門框，憑借其的高溫力學(xué)穩(wěn)定性和腐蝕抗性，成為了守護(hù)爐膛安全的堅(jiān)實(shí)屏障。從材料熔煉的精度控制，到鑄造工藝的精心雕琢，再到部件設(shè)計(jì)的縝密考量，每一個(gè)環(huán)節(jié)都深刻地影響著最終產(chǎn)品在環(huán)境下的表現(xiàn)。雖然前期投入更為高昂，但對(duì)于嚴(yán)苛工況中的關(guān)鍵部件而言，這種投入正是換取長(zhǎng)期設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行和生產(chǎn)效益的根本保障。

注：

* 實(shí)際應(yīng)用中需嚴(yán)格遵守相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)（如中國的GB/T 8492《耐熱鋼鑄件》），確保質(zhì)量合規(guī)。

* 復(fù)雜的結(jié)構(gòu)鑄件（特別是帶有內(nèi)腔的爐門框）建議在設(shè)計(jì)階段與鑄造廠進(jìn)行工藝可行性評(píng)審（DFM：面向制造的設(shè)計(jì)）。

* 采購成品時(shí)務(wù)必要求附帶質(zhì)量證明文件與化學(xué)成分、力學(xué)性能、金相分析等報(bào)告依據(jù)，保障核心質(zhì)量可控。