沃斯田鐵系合金及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鐵系合金及其制造方法，且特別涉及一種沃斯田鐵系合金及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]常見的沃斯田鐵系合金包括鎳基超合金，如合金800H(Alloy 800H)、合金A-286 (Alloy A-286)、合金825 (Alloy 825)與300系不銹鋼(如310不銹鋼或321不銹鋼)等。由于鎳基超合金包含了較大量的鎳元素，故鎳基超合金的晶體結(jié)構(gòu)主要是面心立方(Face center cubic ;FCC)的沃斯田鐵相(austenitic structure)結(jié)構(gòu)，適用于需要高溫機械性質(zhì)的場合，如發(fā)動機的組件、渦輪弓I擎緊固件、高溫軸承、加熱爐的外罩等工件。一般，在應(yīng)力作用下需要良好的抗?jié)撟冃再|(zhì)，以延長工件的使用壽命，故常添加鈦元素。如合金800H —般包含0.15被％至0.6wt%的鈦，可使工件在高溫下形成有利抗?jié)撟冃再|(zhì)的析出相，如碳化鈦、氮化鈦與鈦化三鎳(Ni3Ti)等，其中含氮量較高的氮化鈦析出相在熔煉階段所產(chǎn)生，平均粒徑在3.0微米至30微米之間；以及碳化鈦析出相是在熱加工/熱處理時產(chǎn)生或高溫應(yīng)用時所析出，平均粒徑約在0.2微米至3.0微米。其中，碳化鈦析出相對抗?jié)撟冃再|(zhì)貢獻(xiàn)較大。
[0003]上述鎳基超合金的制作方法可包括燃料加熱爐熔煉法、非真空電爐(ElectricArc Furnace, EAF)溶煉法或真空感應(yīng)溶煉(Vacuum induct1n melting, VIM)法或真空電弧熔煉(Vacuum arc melting, VAM)法等方法來得到鎳基超合金的模鑄錠或連鑄胚料，之后選擇性進(jìn)行后續(xù)的IS氣吹氧脫碳(Argon Oxygen Decarburizat1n, A0D)法、真空吹氧脫碳(Vacuum Oxygen Decarburizat1n, V0D)法、電漁重溶(electroslag remelting, ESR)法、真空電弧重熔(Vacuum arc remelting, VAR)法等精煉工藝。一般含鈦元素大于0.6wt%的合金，常需利用真空感應(yīng)熔煉法或真空電弧重熔法等真空工藝進(jìn)行熔煉，以防止大氣熔煉過程中發(fā)生氧化與氮化，使得合金中鈦含量大幅降低，且可避免非真空工藝中因二次形成氧化物或氮化物過多而造成鎳基超合金產(chǎn)生缺陷或熔鑄失敗。然而，真空工藝的設(shè)備取得不易，熔煉成本較高。并且，由于含高鈦含量的鎳基超合金產(chǎn)品熔煉不易，所以不會規(guī)范鈦與碳的比值。一般應(yīng)用上含高鈦含量的鎳基超合金產(chǎn)品的鈦與碳的比值是大于等于4且小于6。
[0004]有鑒于此，急需提出一種沃斯田鐵系合金及其制造方法，可使用非真空熔煉法或真空熔煉法來制得具有高抗?jié)撟冃再|(zhì)的沃斯田鐵系合金。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]因此，本發(fā)明的一個目的在于提供一種沃斯田鐵系合金，具有高抗?jié)撟冃再|(zhì)。
[0006]本發(fā)明的另一目的在于提供一種沃斯田鐵系合金的制造方法，可使用非真空熔煉法或真空熔煉法來制得具有高抗?jié)撟冃再|(zhì)的沃斯田鐵系合金。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的上述目的，提出一種沃斯田鐵系合金，包含5*1:%至75wt%的鐵，7wt % 至 75wt % 的鎳，15wt % 至 25wt % 的鉻，0.065wt % 至 0.15wt % 的碳，0.5wt % 至1.35wt%的鈦，其中鈦與碳的重量比值為6至8.5，以及大于零且小于等于2被％的不可避免的雜質(zhì)。
[0008]根據(jù)本發(fā)明一個實施例，上述沃斯田鐵系合金的鎳的含量為31被％至32wt%，鉻的含量為21wt%，碳的含量為(λ 075￥七％至0.081wt%，鈦的含量為(λ 59?七％至(λ 61wt%，其中鈦與碳的重量比值為7.5至7.8，以及其余為鐵及不可避免的雜質(zhì)，其中雜質(zhì)包含0.3wt % 至 0.4wt % 的銅，0.23wt % 至 0.25wt % 的石圭，0.7wt % 的猛，0.004wt % 的硫以及
0.21wt%M 0.24wt% 的招。
[0009]根據(jù)本發(fā)明一個實施例，上述沃斯田鐵系合金于攝氏500至950度使用時析出平均粒徑大于0且小于30納米的碳化鈦析出物或含氮的碳化鈦析出物。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另一個目的，提出一種沃斯田鐵系合金的制造方法。在一個實施例的沃斯田鐵系合金的制造方法中，包含下列步驟。提供原料，原料包含5被％至75wt%的鐵，7wt %至 75wt % 的鎳，15wt %至 25wt % 的鉻，0.065wt %至 0.15wt % 的碳，0.5wt %至
1.35wt%的鈦，其中鈦與碳的重量比值為6至8.5，以及大于零且小于等于2被％的不可避免的雜質(zhì)。對原料進(jìn)行熔煉工藝，以形成沃斯田鐵系合金。
[0011]根據(jù)本發(fā)明一個實施例，上述的上述原料包含31^1:%至32wt%的鎳,21wt%的鉻，0.075wt%M 0.081被％的碳，0.59wt%M 0.6 lwt%的鈦，其中鈦與碳的重量比值為7.5至7.8，以及其余為鐵及不可避免的雜質(zhì)，其中雜質(zhì)包含0.3被％至0.4wt%的銅，0.23wt%至0.25wt%的石圭,0.7wt%的猛,0.004wt%的硫以及0.21界1:%至0.24wt%的招。
[0012]根據(jù)本發(fā)明一個實施例，上述熔煉工藝包含利用真空感應(yīng)熔煉法以及真空吹氧脫碳法。
[0013]根據(jù)本發(fā)明一個實施例，上述熔煉工藝包含利用非真空電爐熔煉法以及電渣重熔法。
[0014]根據(jù)本發(fā)明一個實施例，上述電渣重熔法更包含進(jìn)行非真空電爐熔煉法以將原料熔煉形成沃斯田鐵系合金胚。進(jìn)行電渣重熔法以將沃斯田鐵系合金胚形成沃斯田鐵系合金，其中電渣重熔法還包含將沃斯田鐵系合金胚以及精煉渣加入至電渣重熔爐中，且精煉渣包含3*丨％至20wt%的二氧化鈦。
[0015]根據(jù)本發(fā)明一個實施例，上述精煉渣的成分還包含二氟化碳、氧化鈣、氧化鎂、三氧化二鋁以及二氧化硅。
[0016]根據(jù)本發(fā)明一個實施例，上述沃斯田鐵系合金于攝氏500至950度使用時析出平均粒徑大于0且小于30納米的碳化鈦析出物或含氮的碳化鈦析出物。
[0017]在本發(fā)明中，由于沃斯田鐵系合金利用較高的鈦與碳的重量比值，以使沃斯田鐵系合金在經(jīng)過高溫應(yīng)用時會產(chǎn)生平均粒徑大于0且小于30納米的碳化鈦析出物或含氮的碳化鈦析出物，借以增加沃斯田鐵系合金的抗?jié)撟冃?。另外，沃斯田鐵系合金的制造方法中除了可采用真空感應(yīng)熔煉法以及真空吹氧脫碳法的真空熔煉方式來制得，借以避免沃斯田鐵系合金中的鈦成分降低，也可采用非真空電爐熔煉法以及電渣重熔法的非真空熔煉方式制得，通過在電渣重熔爐工藝中使用含有二氧化鈦的精煉渣，以防止鈦成分于精煉時大量損失。
【附圖說明】
[0018]為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征、優(yōu)點與實施例能更明顯易懂，所附附圖的說明如下:
[0019]圖1為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一種沃斯田鐵系合金的制造方法的流程圖。
[0020]圖2A為實施例1與2及比較例的沃斯田鐵系合金以第一種測試條件進(jìn)行抗?jié)撟冃缘臏y試結(jié)果圖。
[0021]圖2B為實施例1與2及比較例的沃斯田鐵系合金以第二種測試條件進(jìn)行抗?jié)撟冃缘臏y試結(jié)果圖。
[0022]圖3為本發(fā)明實施例2的沃斯田鐵系合金經(jīng)第一種測試條件的潛變測試后的高解析度穿透式電子顯微鏡的照片。
【具體實施方式】
[0023]以下配合本發(fā)明的實施例詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所達(dá)成目的及功效。
[0024]在本發(fā)明的一個實施方式中，沃斯田鐵系合金包含5界1:%至75wt%的鐵、7界1:%至75wt% 的鎳、15*1:%至 25wt% 的鉻、0.065*1:%至 0.15wt% 的碳、0.5*1:%至 1.35wt% 的鈦，以及大于零且小于等于2wt%的不可避免的雜質(zhì)，其中鈦與碳的重量比值為6至8.5。在一個示范例子中，沃斯田鐵系合金包含31wt %至32wt %的鎳,21wt %的鉻,0.075wt %至0.081wt%的碳，0.59?七％至0.6lwt%的鈦，其中鈦與碳的重量比值為7.5至7.8，以及其余為鐵及不可避免的雜質(zhì)，其中雜質(zhì)包含0.3*1:%至0.4wt%的銅,0.23*1:%至0.25wt%&石圭,0.7wt%的猛,0.004wt%的硫以及0.21界1:%至0.24wt%的招。
[0025]在一個例子中，沃斯田鐵系合金包含平均粒徑大于0且小于30納米的碳化鈦析出物或含氮的碳化鈦析出物(碳化鈦析出物及含氮的碳化鈦也可合稱為Ti (C, N))。在一個示范例子中，當(dāng)沃斯田鐵系合金應(yīng)用在高溫環(huán)境中時，沃斯田鐵系合金的晶相組成中會產(chǎn)生平均粒徑大于0且小于30納米的碳化鈦析出物或含氮的碳化鈦析出物，這些納米級的碳化鈦析出物或含氮的碳化鈦析出物可阻擋沃斯田鐵系合金中的差排(dislocat1n)滑動，使差排的滑移產(chǎn)生局部彎折的現(xiàn)象，進(jìn)而增加沃斯田鐵系合金的抗?jié)撟冃浴?br>[0026]請參照圖1，圖1為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一種沃斯田鐵系合金的制造方法100的流程圖。在方法100中，步驟110是提供原料。原料包含5界1:%至75wt%的鐵、7界1:%至75wt% 的鎳、15*1:%至 25wt% 的鉻、0.065*1:%至 0.15wt% 的碳、0.5*1:%至 1.35wt% 的鈦，以及大于零且小于等于2wt%的不可避免的雜質(zhì)，其中鈦與碳的重量比值為6至8.5。在一個示范例子中，原料包含31界1:%至32wt%的鎳,21wt%的鉻,0.075界1:%至0.081wt%的碳，0.59被％至0.6lwt%的鈦，其中鈦與碳的重量比值為7.5至7.8，以及其余為鐵及不可避免的雜質(zhì)，其中雜質(zhì)包含0.3界1:%至0.4wt%的銅，0.23界1:%至0.25wt%的石圭,0.7wt%的猛，0.004wt%的硫以及0.21界1:%至0.24wt%的招。
[0027]步驟120是對前述原料進(jìn)行熔煉工藝，以形成沃斯田鐵系合金。在一個例子中，熔煉工藝可以是利用真空熔煉法或是非真空熔煉法來制得沃斯田鐵系合金。例如，在真空設(shè)備充足的情況下，使用真空設(shè)備來進(jìn)行真空感應(yīng)熔煉法，以使原料形成沃斯田鐵系合金胚，之后再利用真空吹氧脫碳法來精煉沃斯田鐵系合金胚以形成沃斯田鐵系合金。在另一個例子中，也可使用非真空設(shè)備進(jìn)行熔煉工藝，例如先使用非真空電爐熔煉法，以使原料形成沃斯田鐵系合金胚，之后再利用電渣重熔法來精煉沃斯田鐵系合金胚以形成沃斯田鐵系合金。進(jìn)行電渣重熔法時，先將精煉渣加入至電