專(zhuān)利名稱(chēng)：：一種加熱爐用高溫合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于鉻鈷基鎳鐵系高溫合金領(lǐng)域。主要適用于高溫加熱爐中。目前，步進(jìn)式加熱爐已成為工業(yè)化國(guó)家軋鋼廠(chǎng)鋼坯軋前加熱的主流加熱設(shè)備。該類(lèi)爐內(nèi)固定在爐底支承梁上的墊塊或滑軌在超高溫和氧化—硫化氣氛及重載荷的工況條件下支承和傳送鋼坯，是加熱爐的關(guān)鍵部件。因此，目前國(guó)際上對(duì)于這類(lèi)加熱爐的爐底墊塊或滑軌普遍采用高鈷的高溫合金制造，如日本采用KHR--20CM(《耐熱金屬材料委員會(huì)研究報(bào)告》昭和49年7月，VOL15，NO2，P187～192)。該合金性能尚能滿(mǎn)足使用要求。其缺點(diǎn)是抗高溫蠕變性能、抗氧化抗熱腐蝕性能及塑韌性均較低，導(dǎo)致使用時(shí)墊塊或滑軌磨損嚴(yán)重，變形較大，明顯降低了使用壽命。本發(fā)明的目的在于提供一種加熱爐用高溫合金。該合金不僅顯微組織穩(wěn)定，而且高溫強(qiáng)度高，塑韌性良好，并有優(yōu)良的抗氧化、抗硫化性能，使用壽命長(zhǎng)。根據(jù)上述目的，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的加熱爐用高溫合金的化學(xué)成分(重量％)為C0.05～0.5％，Si0.2～2.0％，Mn0.2～2.0％，Cr25.0～32.0％，Ni15～25％，Co15～25％，W+Mo2.0～5.0％，Nb0.01～3.0％，Y0.05～0.2％，Zr0.02～0.10％，B0.002～0.010％，余為Fe。在上述化學(xué)成分中，Co是確保合金在1200℃左右仍具有足夠強(qiáng)度的關(guān)鍵元素，高鈷還使合金具有良好的抗熱沖擊和抗熱腐蝕性能。對(duì)于用于加熱爐來(lái)說(shuō)，Co含量在15～25％為宜，從成本考慮，過(guò)高的Co則不夠經(jīng)濟(jì)。W，Mo，Nb和Cr是合金最重要的強(qiáng)化元素，由于這些元素的綜合固溶強(qiáng)化，特別是這些元素的碳化物引起的彌散強(qiáng)化使合金在超高溫度下仍能保持高的強(qiáng)度水平。但過(guò)多的W特別是Mo對(duì)合金的抗氧化性和抗熱腐蝕性明顯有害，過(guò)量的Nb還可能使合金在高溫時(shí)發(fā)生災(zāi)難性的破壞?？垢邷匮趸阅懿钍氢捄辖鸬淖畲笕秉c(diǎn)，為獲得較好的抗氧化性能，合金中需要加入25％-32％的Cr，超出此限值將損害合金的韌性和鑄造性能。Ni和Fe是奧氏體穩(wěn)定元素，加入10％以上的Ni還由于抑制σ相的析出而對(duì)改善合金的抗氧化性起有益的作用。但在鑄造合金中，這些元素加入量過(guò)高將導(dǎo)致持久強(qiáng)度下降。C是形成碳化物強(qiáng)化相的基本元素，對(duì)于要求具有高蠕變強(qiáng)度的鑄造合金，碳含量的控制至關(guān)重要。但是作為在超高溫下作用的加熱爐用合金，單從熔點(diǎn)方面考慮過(guò)高的碳也是不適當(dāng)?shù)?。加入Si和Mn是為了增加合金的流動(dòng)性，提高鑄造性能，同時(shí)加強(qiáng)熔體的脫氧作用，Mn還是奧氏體穩(wěn)定元素并有固S和促進(jìn)形成尖晶石MnCr2O4氧化保護(hù)膜的作用。Si，Mn的添加量2％以下即可達(dá)到充分的效果。添加少量Nb和微量Y，B，Zr能明顯提高合金的耐熱性能。微量的B、Zr通過(guò)凈化和強(qiáng)化晶界，提高合金的持久強(qiáng)度和持久塑性。適量的Y有助于穩(wěn)定Cr2O3氧化物，改善氧化膜與基體的粘著性，減少CoCr2O4尖晶石和CoO氧化物的形成，降低合金的氧化速率，對(duì)提高合金的抗高溫氧化，特別是抗高溫動(dòng)態(tài)氧化性能有利。本發(fā)明生產(chǎn)方法，可以在冶煉之后，澆鑄成錠，經(jīng)鍛、軋成型材；也可冶煉之后，直接澆鑄成鑄件使用，對(duì)于要求較高的鑄件來(lái)說(shuō)，可采用真空冶煉母合金和真空精密鑄造鑄件的雙真空工藝生產(chǎn)鑄件。根據(jù)本發(fā)明所述的化學(xué)成分和生產(chǎn)方法所生產(chǎn)的加熱爐用高溫合金，顯微組織穩(wěn)定，在高溫下長(zhǎng)期加熱不析出有害相，而且具有更高的高溫強(qiáng)度和塑性，良好的高溫抗氧化性能和抗熱腐蝕性能1100℃溫度下σh≥80MPa，δ≥30％1000℃，1000小時(shí)持久強(qiáng)度≥20MPa在1200℃溫度下抗動(dòng)態(tài)循環(huán)氧化的失重≤4.0g/m2.h在1100℃溫度下抗動(dòng)態(tài)循環(huán)氧化的失重≤1.2g/m2.h1000℃×100小時(shí)的熱腐蝕失重≤14.8mg/cm2.與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)本發(fā)明具有更高的高溫強(qiáng)度和優(yōu)良的塑韌性。如在1000℃，20MPa下，本發(fā)明的持久壽命＞1206小時(shí)，而KHR-20CM僅為800小時(shí)。本發(fā)明的抗拉強(qiáng)度高于KHR-20CM，塑性也明顯高于后者，而且沒(méi)有KHR-20CM合金所存在的中低溫低塑性區(qū)。(2)本發(fā)明的抗冷熱疲勞性能、抗氧化性能和抗熱腐蝕性能優(yōu)良。如在1200℃溫度下的抗動(dòng)態(tài)循環(huán)氧化失重，本發(fā)明比KHR-20CM合金低25.8％，1000℃×100小時(shí)熱腐蝕失重，本發(fā)明比KHR-20CM合金降低近24％。實(shí)施例根據(jù)本發(fā)明所設(shè)計(jì)的加熱爐用高溫合金的化學(xué)成分和生產(chǎn)方法冶煉了5爐合金。5爐合金采用真空感應(yīng)爐冶煉母合金和真空精密鑄造的雙真空工藝直接澆鑄成鑄件。合金的具體化學(xué)成分如表1所示。對(duì)5爐合金制品進(jìn)行取樣，分別進(jìn)行室溫及高溫拉伸試驗(yàn)、持久性能試驗(yàn)、抗熱腐蝕試驗(yàn)、抗熱疲勞性能試驗(yàn)和抗動(dòng)態(tài)循環(huán)氧化性能試驗(yàn)。其試驗(yàn)結(jié)果分別列入表2、表3、表4、表5和表6中。為了對(duì)比，在冶煉本發(fā)明5爐合金的同時(shí)，也采用了相同工藝冶煉了一爐對(duì)比例KHR-20CM合金，并澆鑄成鑄件。取樣進(jìn)行了相應(yīng)的試驗(yàn)，其化學(xué)成分和各項(xiàng)試驗(yàn)性能也分別列入上述相應(yīng)的表中。表2實(shí)施例及對(duì)比例拉伸性能測(cè)試結(jié)果<tablesid="table1"num="001"><tablewidth="640">試驗(yàn)溫度室溫800℃900℃1000℃性能爐號(hào)σbMPaδ％σbMPaδ％σbMPaδ％σbMPaδ％本發(fā)明15447.926333.824139.716035.425407.228130.224538.016432.635387.527931.324639.716233.445477.827133.224838.316533.755298.226934.623940.516234.1KHR-20CM4504.025015.123024.015829.3</table></tables>表3實(shí)施例及對(duì)比例持久性能試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)溫度℃試驗(yàn)應(yīng)力MPa持久壽命本發(fā)明KHR-20CM1234580068.669768169069568930090040＞275＞269＞275269＞269140100020＞1235＞1206＞1280＞1206＞1206800</table>表4實(shí)施例及對(duì)比例的抗熱腐蝕性能爐號(hào)本發(fā)明KHR-20CM0123451000℃×100hr失重mg/cm214.2314.5814.3714.0214.5118.06</table>所述熱腐蝕試驗(yàn)是采用加速氧化法，即將含有25％NaCl+75％Na2SO4混合鹽的水溶液以霧狀噴射在熱的薄片狀試樣上，噴射涂覆的鹽份厚度約2mm，干燥后懸掛在電阻加熱爐中，爐內(nèi)溫度1000℃，試驗(yàn)時(shí)間100小時(shí)，試驗(yàn)期間定時(shí)向爐內(nèi)噴射所述的霧狀混合鹽水溶液，以維持熱腐蝕氣氛。合金熱腐蝕層的剝離是在2％KMnO4+30％NaOH+68％H2O的浴液中煮沸一小時(shí)，然后測(cè)量失重。表5實(shí)施例及對(duì)比例的抗熱疲勞性能(產(chǎn)生裂紋的加熱——冷卻循環(huán)次數(shù)N)表6實(shí)施例及對(duì)比例抗動(dòng)態(tài)循環(huán)氧化性能(失重g/m2.h)注動(dòng)態(tài)循環(huán)氧化試驗(yàn)是將試樣放在坩堝中，試樣隨坩堝放進(jìn)電阻爐內(nèi)，自室溫升溫到試驗(yàn)溫度之后，保溫25小時(shí)，隨爐冷至室溫，連續(xù)循環(huán)四次，清除氧化物后測(cè)量試樣失重。表1實(shí)施例及對(duì)比例的化學(xué)成分(重量％)權(quán)利要求1.一種加熱爐用高溫合金，其特征在于化學(xué)成分(重量％)為C0.05～0.5％，Si0.2～2.0％，Mn0.2～2.0％，Cr25.0～32.0％，Ni15～25％，Co15～25％，W+Mo2.0～5.0％，Nb0.01～3.0％，Y0.05～0.2％，Zr0.02～0.10％，B0.002～0.010％，余為Fe。2.一種權(quán)利要求1所述的高溫合金，其特征在于該合金用于高溫加熱爐中的部件。全文摘要本發(fā)明屬于鉻鈷鎳鐵系高溫合金領(lǐng)域。主要適用于高溫加熱爐。該合金的化學(xué)成分(重量%)為:C0.05～0.5%,Si0.2～2.0%,Mn0.2～2.0%,Cr25.0～32.0%。Ni15～25%,Co15～25%,W+Mo2.0～5.0%,Nb0.01～3.0%,Y0.05～0.2%,Zr0.02～0.10%,B0.002～0.010%,余為Fe。本發(fā)明不僅具有較高的高溫強(qiáng)度和優(yōu)良的塑韌性,而且還具有良好的抗冷熱疲勞性能、抗氧化性能和抗熱腐蝕性能,使用壽命長(zhǎng)。文檔編號(hào)C22C30/00GK1170770SQ9710431公開(kāi)日1998年1月21日申請(qǐng)日期1997年5月28日優(yōu)先權(quán)日1997年5月28日發(fā)明者馬華政,吳榮榮申請(qǐng)人:冶金工業(yè)部鋼鐵研究總院