本发明涉及一种可锻造的镍合金，由这种合金制成的产品对等温和周 期性的高温氧化有很强的抵抗力，并且在高温下有高的强度和在温度高达 1200℃时的蠕变断裂强度。

有些产品，例如炉子的结构部件，点火架、辐射管、炉内辊、马弗炉、 生产陶瓷制品的窑中的支持和坚固件，催化剂箔片和狄塞尔热线点火塞， 在使用中不仅在非常高的温度下，例如高于1000℃，等温加载，而且必须 在加热和冷却的过程中承受周期性的热应力。因此，这些产品必须对等温 及周期性的氧化有良好的不结氧化鳞皮的性能和足够的高温强度及蠕变断 裂强度(下列所有的百分比都是按重量计的百分比)。

US-PS 3 607 243首次公开了一种奥氏体合金，它拥有令人满意的抗 氧化性，尤其是对温度高达1093℃的周期性氧化的抵抗能力，它有如下成 分：高达0.1％的碳，58-68％的镍，21-25％的铬，1-1.7％铝和 可任选的高达0.5％的硅，高达1.0％的锰，高达0.6％钛，高达0.006％ 的硼，高达0.1％的镁，高达0.05％的钙，其余为铁，磷的含量低于0.030 ％，而硫的含量低于0.015％。高温强度的值如下：在982℃时，为84Mpa； 在1093℃时，为45Mpa；而在1149℃时，为23Mpa；在经过1000小时 后，蠕变断裂强度，在871℃时，为32Mpa；在982℃时，为16Mpa； 而在1093℃时，为7Mpa。在此基础上，材料NiCr23Fe现已为工业应用 所采纳，这种材料的材料号为No.2.4851，UNS规定(UNS designation) N06601，它的特性在上述这些合金的极限值之间。这种材料特别是在高于 1000℃的温度范围内能得到令人满意的应用。这是因为形成了一层保护性 的铬或铝氧化层，更特别地是，由于这种氧化层在变化的温度应力下特别 不易脱去。由此，这种材料发展成为一种在工业炉结构中占重要地位的合 金。它一般应用于气体加热或油加热炉的辐射管和用于烧制陶瓷产品的连 续辊式炉床炉的运输辊。这种材料亦适用于废气解毒装置和石油化学设备 的部件。

为了进一步加强影响这种材料的应用的特性(应用在温度高于1100℃ -1200℃的情况下)，根据US-PS4 784 830，0.04-0.1％的氮要加 入到从US-PS3 607 243中已知的这种材料中，同时必须加入0.2-1.0％ 的钛。最好，硅的含量也应高于0.25％，并由此和钛含量构成Si∶Ti的比 率等于0.85到3.0。铬的含量为19-28％，铝的含量为0.75-2.0％，同 时镍的含量为55-65％。正如在US-PS3 607 243中所公开的那样，碳 的含量也不应超过0.1％，以避免任何碳化物的形成，特别是M23C6型，因 为这些碳化物对显微结构和在非常高的温度时合金的特性有不利的影响。

当应用温度高达1200℃时，这些措施在抗氧化性方面取得了一定的进 步。结果，这就可能提高一些零件的使用寿命，如炉内辊的寿命可达12个 月或更长，而用公开于US-PS3 607 243中的材料制造的炉内辊只有2 个月的寿命。这种在炉子的结构部件的使用寿命方面的进步主要是由于在 温度为1200℃时氮化钛的显微结构具有稳定性。但是，抗高温产品的使用 寿命不仅由抗氧化性决定，而且由在特定的使用温度时的高温强度和蠕变 强度决定，其中抗氧化性如在US-PS4 784 830中所述的那样，由在高的 测试温度，例如1093℃下所谓的空气中每小时每平方米特定的质量变化表 示，即g/m2·h。

为了特别是在温度高达1200℃时获得改善了的高温强度和蠕变断裂强 度，EP0 508 058 A1揭示了要添加含量为0.12-0.30％的碳和生成稳定的 碳化物的元素，如钛(0.01-1.0％)、铌(0.01-1.0％)、锆(0.01- 0.20％)，到一种镍合金中，该合金包括23-30％的铬，8-11％的铁， 1.8-2.4％的铝，0.01-0.15％的钇，0.001-0.015％的镁，0.001-0.010％的 钙以及最高含量为0.030％的氮，0.50％的硅，0.25％的锰，0.020％的磷 和0.010％的硫。铬的最低含量按规定为23％，以确保在高于1100℃时有 足够的抗氧化性。

由这种材料而获得的高温强度和蠕变断裂强度，当温度在850-1200 ℃的范围内时，在至今而获得的1％的蠕变极限(Rp1.0/104)和蠕变断裂 强度(Rm/104)方面以及高温强度(Rm)和屈服点(Rp1.0)方面有一 定的改善。但是，在目前的应用产品中这些蠕变强度并不是很高。在产品 是沉箱和点火架的情况下尤其是这样，由于经济上的原因，这些部件的横 截面必须十分薄，并且对于气轮机的燃烧室的炉衬来说也有上述缺点，其 中在效率方面任何显著的改进只能通过明显地提高炉壁和操作温度而获 得。

因此，本发明的目的是提供一种可锻造的镍合金，它有足够的抗氧化 性，同时在蠕变断裂强度值上有持久的改善，结果或是用这些合金制造的 产品的使用寿命延长了许多或是在同样的使用寿命下由于有更高温度下的 承载能力而使长其经济效益得到改善。

本发明的上述目的是由一种奥氏体的碳化物强化镍/铬/铁基可锻造合 金而实现的，这种合金包括：

0.20-0.40％         碳

25.0-30.0％         铬

8.0-11.0％          铁

多于2.4-3.0％       铝

0.01-0.15％         钇

0.01-0.20％         钛

0.01-0.20％         铌

0.01-0.10％         锆

0.001-0.015％       镁

0.001-0.010％       钙

最高0.030％         氮

最高0.50％          硅

最高0.25％          锰

最高0.020％         磷

最高0.010％         硫

其余                镍

包括在熔化条件下不可避免的杂质，可析出的碳C*，

C*＝C总-(C溶解+C钛固定+C铌固定+C锆固定)

至少占0.083％-0.300％

在方程中：

C总＝总的碳含量

C溶解＝在1000℃时溶解的碳含量(％)

C钛固定＝由钛固定的化学计量的碳含量(％)

C铌固定＝由铌固定的化学计量的碳含量(％)

C锆固定＝由锆固定的化学计量的碳含量(％)

同现有技术相比，根据本发明的碳化物强化镍/铬/铁基可锻造合金不仅 把碳的含量限定在0.20-0.40％之间，而且给剩余的可析出碳一个比值， C*≥0.083％碳。意想不到的是，试验显示出可析出碳的含量高于或等于 0.083％，先前观察到的Cr23C6碳化物并不析出，但观察到了主要析出物 Cr7C3。它们(Cr7C3)的数量随C*含量的增加而增加。在液态和固态温 度之间析出的Cr7C3碳化物对碳化钛、碳化铌和碳化锆具有同等的增加硬度 的作用。

要求铬的含量最低为25％，以保证有足够的抗氧化性，尤其是当温度 高于1100℃时。此外，铬的含量不应低于这个极限，因为随着铬含量的减 少，可溶解的和因此不可析出的碳的数量就会增加。上限不应超过30％， 以避免合金在热形成中的问题。

在0.01％-0.15％之间的限度内添加钇能特别持久地提高对周期性氧化 的抵抗力。含量低于0.01％不会对氧化层的胶粘强度产生什么重大的影 响。另一方面，钇的含量高于0.15％可能导致由于局部熔化而产生的受限 制的热形成。

更特别地，在处于600-800℃的温度范围内时，当材料通过这一温 度段时，无论是加热或是冷却，铝都会通过Ni3Al相(γ’相)的析出来提 高高温强度。由于这个相的析出是同时和韧性的减少联系在一起的，所以 铝的含量必须受到限制。当温度在室温到1200℃之间时，材料断裂后延伸 率的测定表明当温度从600到800℃时的断裂后延伸率没有明显的减少。

硅的含量应尽可能的低，以避免低熔点相的形成。因此，硅的含量应 等于或低于0.50％，现在对于这点能毫无问题的进行技术上的控制。

锰的含量应不超过0.25％，以防止对材料的抗氧化性的负作用。

镁和钙的添加可加强热可塑性，也可对抗氧化性有提高作用。但是， 镁的上限为0.015％，而钙的上限为0.010％，这些极限点不应被超过，因 为镁和钙的含量高于这些极限值会引起低熔点相的出现，由此又会对热塑 性产生不良影响。

根据本发明的合金中铁的含量在8-11％之间，这是为了在熔解合金 时能采用廉价的铬铁和镍铁合金，以代替十分昂贵的纯镍和铬金属。

下面就更详细地说明根据本发明的合金的优点。

表1中包括了对六种现有技术中的合金A、B、C、D、G、H的 分析和对根据本发明的五种合金E、F、I、J、K的分析。

表2表明从合金A-K算出的析出的Cr23C6和Cr7C3碳化物的含量。

从图1到图3中可以了解到这些合金的材料特性，图中：

图1表示对合金H、I、J、G、D而言，在从室温到1200℃的温 度范围内断裂之后的延伸率；

图2表示根据合金A-K的各自的C*，当温度是850℃，1000℃， 1200℃时，在蠕变应力断裂实验中的寿命；以及

图3表明当温度在850-1200℃的范围内时，在空气中测定的合金A -K对周期性氧化的抵抗力。

图1表示了当温度在室温到1200℃之间时，根据本发明的合金I和J 以及根据现有技术的合金D，G，H在断裂后的延伸率。可以看出，根据 本发明的合金在整个温度范围内有预期的良好可锻性。

图2清楚地示出了在测试合金A-K的蠕变断裂强度的所有温度下， 应变断裂实验是在35MPa，850℃；120MPa，1000℃和4.5MPa，1200 ℃的条件下测定时，如何表明在C*≥0.083％的条件下，根据本发明的合 金E，F，和J-K的寿命明显长于根据现有技术的合金A-D和G- H。

在图3中，合金A-K在空气中测定的对周期性氧化的抵抗力是通过

在图3中，合金A-K在空气中测定的对周期性氧化的抵抗力是通过 画出在温度范围内特定的质量变化而进行比较的。通常，质量的增加(+) 是期望的。质量的减少(-)表明发生了强烈的脱鳞作用。

所有经试验的合金都处于一个非常狭窄的分散地带，其最大为± 0.040g/m2·h，所以也就允许这么说，除了它们有高的可析出碳含量之外， 根据本发明的合金E、F和I-K与现有技术相比较，其抗氧化性并不易 于受到限制。由于它们在温度高达1200℃时有良好的机械特性，并有令人 满意的抗循环氧化性，根据本发明的奥氏体的碳化物强化镍/铬/铁基可锻造 合金特别适用于以下情况：

--加热炉的辐射管，

--用于使陶瓷或金属材料退火的炉内辊，

--连续退火炉内的传送带，例如冲压金属件的退火，

--用于例如优质钢的光亮退火的马弗炉，

--用于使磁芯退火的反应罐，

--用于在TiO2生产中含氧加热的管子，

--乙烯裂化管，

--加热炉的框架和装置，

--热电偶保护套管，

--用于稳态退火的沉箱和支撑框架，

--热线点火塞和排气催化金属箔片，

--用于排气弯管绝热装置的支撑结构。

以上产品可以很容易地由根据本发明的材料制造而成，因为它不仅适 于热加工，而且也适用于冷加工，如薄尺寸的冷轧，折叠，深拉，侧压下 等。通过采用可获得的现有技术焊接此种材料是没有任何问题的。

                                             表1

                                             合金   元素   ％   A   B   C   D   E+   F+   G   H   C   Cr   Fe   Al   Y   Ti   Cb   Zr   Mg   Ca   N   Si   Mn   P   S   W   Ni   0,209   29,5   5,60   2,20   0,20   0,19   0,01   0,09   0,01   0,001   0,006   0,05   0,03   0,005   0,002   -   其余   0,20   29,9   5,60   1,72   0,01   0,20   0,005   0,09   0,01   0,001   0,003   0,05   0,03   0,005   0,002   -   其余   0,20   26,1   1,12   2,18   0,20   0,15   0,01   0,08   0,01   0,001   0,004   0,06   0,02   0,009   0,003   5,20   其余   0,18   25,4   9,45   2,09   0,08   0,14   0,01   0,08   0,01   0,001   0,035   0,06   0,12   0,009   0,003   -   其余   0,35   25,0   9,35   2,80   0,10   0,05   0,01   0,01   0,003   0,001   0,032   0,05   0,13   0,008   0,003   -   其余   0,222   25,6   9,50   2,32   0,01   0,18   0,01   0,07   0,001   0,001   0,031   0,03   0,14   0,007   0,002   -   其余   0,217   25,0   9,10   2,37   0,09   0,17   0,03   0,08   0,006   0,001   0,033   0,03   0,14   0,008   0,002   -   其余   0,216   25,6   9,40   2,36   0,10   0,18   0,01   0,08   0,006   0,001   0,035   0,03   0,14   0,008   0,002   -   其余   C*   0,068   0,058   0,068   0,048   0,255   0,087   0,081   0,079

+本发明的

                    表1(续)

                    合金     元素     ％     I+     J+     K+     C     Cr     Fe     Al     Y     Ti     Cb     Zr     Mg     Ca     N     Si     Mn     P     S     W     Ni     0,255     25,7     9,40     2,34     0,11     0,18     0,01     0,08     0,005     0,001     0,035     0,03     0,14     0,008     0,002     -     其余     0,220     25,6     9,30     2,85     0,06     0,18     0,01     0,08     0,002     0,001     0,036     0,03     0,13     0,007     0,002     -     其余     0,225     25,20     9,60     2,78     0,080     0,16     0,01     0,070     0,008     0,002     0,029     0,03     0,09     0,007     0,002     -     其余     C*     0,118     0,083     0,095

+本发明的

                      表2

             从C*值计算得到的碳化物数量     合金     C* ％     mCr23C6 ％     mCr7C3 ％     A     B     C     D     E+     F+     G     H     I+     J+     K+     0,068     0,058     0,068     0,048     0,255     0,087     0,081     0,079     0,118     0,083     0,095     1,20     1,02     1,20     0,85     -     -     1,43     1,40     -     -     -     -     -     -     -     2,83     0,97     -     -     1,31     0,92     1,06

*本发明的