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一种多相组织的镍铬 铁系高温 合金及制备方法

阅读：513发布：2021-06-11

专利汇可以提供一种多相组织的镍铬铁系高温合金及制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种多相组织的镍铬铁系高温合金及制备方法，其中合金的各组分重量百分含量为：Ni：35.0～45.0%；Cr：30.0～42.0%；Fe：余量；W：0～3.00%；Nb：0～3.00%；C：0.30～1.10%；Si≤2.00%；Mn≤2.00%；Al≤1.00%；B≤0.02%；V≤1.00%；S≤0.035%；P≤0.035%；La≤0.5%。该合金组分中的W、Nb、C、Si、Mn、Al、B、V、La等，起固溶、晶界及二相强化作用，采用高纯净熔炼+电渣重熔双联冶金工艺技术，通过热加工、热处理改善合金的组织力学性能，所得合金具有抗渗碳、抗焦化、抗硫化、抗氧化、耐腐蚀、耐磨损的性能。，下面是一种多相组织的镍铬铁系高温合金及制备方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种多相组织的镍铬铁系高温合金，其特征在于，各组分重量百分含量为：
C：0.30～1.10%；Cr：30.0～42.0%；Ni：35.0～45.0%；Nb：0～3.00%；W：0～3.00%；Si≤
2.00%；Mn≤2.00%；Al≤1.00 %；B≤0.02%；V≤1.00%；S≤0.035%；P≤0.035%；La≤0.5%；余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的镍铬铁系高温合金，其特征在于，各组分重量百分含量为：
C：0.30～0.80%；Cr：32.0～37.0%；Ni：37.0～43.0%；Nb：0.75～2.00%；W：0.25～2.00%；
Si：1.00～2.00%；Mn≤2.00%；Al：0.15～0.30%；B：0.004～0.01%；V：0.05～0.2%；S≤0.01%；
P≤0.015%；La：0.1～0.2%；余量为Fe。
3.根据权利要求1或2所述的镍铬铁系高温合金，其特征在于：所述合金组分中W+Nb为1～3%；Al+B+V+La≤0.8%。
4.根据权利要求1-3任意所述的镍铬铁系高温合金，其特征在于：该合金的多相组织为GAMMA+M23C6+G +MC或GAMMA+M23C6+G + SIGMA或GAMMA+M23C6+G +BCC。
5.镍铬铁系高温合金的制备方法，其特征在于，有以下步骤：
1)真空感应炉熔炼
按照权利要求1-3任一所述的配比，将Ni、Cr、Fe、Nb、W装入真空感应炉坩埚中，熔化后
1550～1650℃精炼15～45分钟，真空度≥5Pa；加入C、Si、Mn，熔化后1500～1600℃精炼10～
25分钟，真空度优于3Pa；再充氩气保护下加入Al、V、B、La，熔化后1450～1550℃精炼5～15分钟后，浇铸成电渣重熔电极棒；
2)电渣重熔
用CaF2、Al2O3、CaO、MgO及SiO2作为渣料，将渣料加热至熔融状态，倒入电渣炉结晶器中，将步骤1）所得电渣重熔电极棒缓慢下降并插入熔融渣料中，通电，调整重熔电流，其电流为
4000±1500A、电压为43±5V，缓慢熔化电极棒，熔化钢液滴穿过熔融渣层，凝固成电渣锭；
3)热加工
步骤2）所得的电渣锭热加至1080～1220℃，保温1～4h，1040～1180℃热加工成棒材；
4)热处理
步骤3）所述的棒材进行固溶热处理，其工艺参数为：1040～1120℃×0.5～2.5h，水淬。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤2）所述渣料各组分重量百分含量为：
CaF2为50～70%、Al2O3为10～30%、CaO为5～15%、MgO为0～10%、SiO2为0～8%。

说明书全文

一种多相组织的镍铬铁系高温 合金及制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种镍铬铁系高温合金，特别涉及一种多相组织的镍铬铁系高温合金及制备方法。

背景技术

[0002] 在碳素厂、焦化炉、熔融硅酸盐、熔融硫酸盐环境条件下，需要具有高温高强度、优异的抗氧化特性、良好的耐腐蚀能力的合金材料，制作成可在高应力高温腐蚀条件下长时工作的零部件，如保护管、漏板、通气管、过热管、溢流口、喷管及塔等装置部件。

[0003] 在不同环境条件下工作的零部件，对材料的要求是不同的，既要求材料的性能，也要求材料的可加工性，更要考虑材料的经济性。

[0004] 目前，在碳素厂、焦化炉、熔融硅酸盐、熔融硫酸盐等环境条件下可使用的合金材料，有K407、GH5K、GH3007、MGH4755 等合金材料，这类合金材料都有其局限性，且经济性不高。如：K407 铸造合金塑性低，不易做复杂件；MGH4755弥散强化合金可加工性差，难于做长大件；GH3007强度低，高温耐温性不够；即使GH5k在高温高强度、抗氧化、耐腐蚀等综合特性相对较好，也难以满足零部件加工特性及服役工况条件要求，从而影响零部件可使用性、寿命及可靠性。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种多相组织的镍铬铁系高温合金及制备方法，发明所述合金具有高温高强度、优异的抗氧化、耐腐蚀及耐磨损的能力，以及较好的经济特性。发明所述合金为多相复合强化合金，具有抗焦化、抗渗碳、抗硫化、抗氧化、抗磨损特性及优良的耐腐蚀、优异的高温高强度能力，并具有较好的热加工塑性，适合制作在高温承受持久应力及各种强腐蚀服役环境工作的零部件。

[0006] 本发明所述镍铬铁系高温合金，各组分重量百分含量为：Ni：35.0～45.0%；Cr：30.0～42.0%；Fe：余量；W：0～3.00%；Nb：0～3.00%；C：0.30～1.10%；Si≤2.00%；Mn≤2.00%；
Al≤1.00 %；B≤0.02%；V≤1.00%；S≤0.035%；P≤0.035%；La≤0.5%。

[0007] 上述的镍铬铁系高温合金，较好的技术方案是，C：0.30～0.80%；Cr：32.0～37.0%；Ni：37.0～43.0%；Nb：0.75～2.00%；W：0.25～2.00%；Si：1.00～2.00%；Mn≤1.00%；Al：0.15～0.30%；B：0.004～0.01%；V：0.05～0.2%；S≤0.01%；P≤0.015%；La：0.1～0.2%；余量为Fe。

[0008] 所述组分中W+Nb为1～3%，以保证合金的高温高强度及耐磨损性能；Al+B+V+La≤0.8%，既保障合金的力学性能，又维持好的热加工性能。

[0009] 上述合金的多相组织为GAMMA+M23C6+G +MC或GAMMA+M23C6+G + SIGMA或GAMMA+M23C6+G +BCC。

[0010] 上述镍铬铁系高温合金的制备方法，有以下步骤：1)真空感应炉熔炼
按照上述的配比，将Ni、Cr、Fe、Nb、W装入真空感应炉坩埚中，熔化后1550～1650℃精炼
15～45分钟，真空度≥5Pa；加入C、Si、Mn，熔化后1500～1600℃精炼10～25分钟，真空度优于3Pa；再充氩气保护下加入Al、V、B、La，熔化后1450～1550℃精炼5～15分钟后，浇铸成电渣重熔电极棒；
2)电渣重熔
用CaF2、Al2O3、CaO、MgO及SiO2作为渣料，将渣料加热至熔融状态，倒入电渣炉结晶器中，将步骤1）所得电渣重熔电极棒下降并插入熔融渣料中，通电，调整重熔电流，其电流为
4000±1500A、电压为43±5V，缓慢熔化电极棒，熔化钢液滴穿过熔融渣层，凝固成电渣锭；
3)热加工
步骤2）所得的电渣锭热加至1080～1220℃，保温1～4h，1040～1180℃热加工成棒材；
4)热处理
步骤3）所述的棒材进行固溶热处理，其工艺参数为：1040～1120℃×0.5～2.5h，水淬。

[0011] 步骤2）所述渣料各组分重量百分含量为：CaF2为50～70%、Al2O3为10～30%、CaO为5～15%、MgO为0～10%、SiO2为0～8%。

[0012] 当W+Nb为1～3%；Al+B+V+La≤0.8%时，步骤4）所述合金固溶处理后的力学性能，室温：抗拉强度Rm≥800MPa，屈服强度Rp0.2≥450MPa，延伸率A≥30%，1100℃：抗拉强度Rm≥65MPa，屈服强度Rp0.2≥40MPa，延伸率A≥30%。

[0013] 本发明所述高温合金，其中主要元素的作用为：Ni价格贵，但作为合金基体，可溶解较多的Cr、Fe、Nb、W、Si等合金元素进行合金化，且仍然保持γ奥氏体相的稳定性，保障合金的强度、韧性及耐蚀性。

[0014] Cr提高合金的热稳定性，加入Cr可形成富Cr2O3的抗氧化和耐热腐蚀的保护层，同时还通过Cr 的固溶强化、MC、Cr23C6等第二相强化来提高合金热强性及耐磨性，其越高，变形难度越大。

[0015] Fe降低合金耐蚀性能，但廉价，当它加入到价格贵的镍为基体的高温合金中，不仅可以降低成本，而且其晶格常数与镍相差3%，由于晶格膨胀而引起长程应力场，阻碍位错运动。降低镍基奥氏体的堆垛层错能，起固溶强化作用，提高合金屈服强度，使合金具有好的综合性。

[0016] C是奥氏体强烈形成元素，节约价格贵的奥氏体基体镍元素。C一部分溶于γ固溶体中，引起晶格畸变，产生弹性应力场强化，从而提高γ固溶体强度，起到固溶强化作用；一部分与Cr、Nb及W形成一系列碳化物M23C6、M7C3、M6C及M（2 C、N），主要分布于晶界，起晶界强化；C含量越多，合金的热强性越高，但过高则增加加工工艺难度，因此，本发明C的百分含量为0.3～1.10%。

[0017] Si溶于镍基奥氏体中提高合金的强度及耐硫酸融盐腐蚀的能力，加入Si在氧化气氛中可形成一层SiO2 薄膜，提高合金高温抗氧化性。

[0018] Nb溶入Ni基奥氏体合金中，起固溶强化和固碳作用，提高合金的高温性能，一部分与C生成MC型碳化物，在热处理或使用过程中分解生成低碳高Nb的化合物M23C6或M6C，主要分布于晶界、起晶界强化，能提高合金的耐蚀磨损能力，过高增加变形抗力。

[0019] W在合金中除形成碳化物外，部分也溶入固溶体中，主要作用是增加合金的红硬性、热强性以及由于形成碳化物而增加的耐磨性，过高同样增加加工工艺难度。

[0020] 所述合金的组分中应同时含有一定量的W及Nb，以提高合金的耐蚀、耐磨及抗冲击性能，本发明的W+Nb含量为1～3%。

[0021] Al、B、V及La元素起净化组织和细化晶粒作用，综合提高合金的加工性能、热强性、耐磨性、抗氧化性及耐蚀性，本发明Al、B、V及La元素的总百分含量控制在不超过零点八的水平。

[0022] 本发明所述合金的有益效果是：以Ni-Cr-Fe系为合金基体，采用C、Nb、W、Si共同合金化，以及Al、B、V及La元素共同微合金化，使合金具有抗渗碳、抗焦化、抗硫化、抗氧化、耐腐蚀、耐磨损及抗高温持久应力的性能。采用真空熔炼及电渣重熔的双联冶金工艺，纯净了合金成分，改善了合金组织性能，保障了合金材料的加工性、结构部件的使用特性及经济性。与背景技术所述的几种合金相比，本发明所述高温合金在抗热、抗蚀、抗磨及经济性等综合性能方面有明显优势。

[0023] 本发明所述高温合金可用于抗渗碳、耐熔（硅酸、硫酸、硝酸）盐等复杂苛刻环境条件下的保护管、漏板、通气管、过热管、溢流口、喷管及塔等结构部件。

[0024] 下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。附图说明

[0025] 图1为本发明所述合金的固溶热处理后组织图；图2为本发明所述合金的相组成曲线图。

具体实施方式

[0026] 本发明所述合金组分及含量如表1所示：表1 镍铬铁系高温合金组分含量
上述高温合金按照以下方法制备：
1)真空感应炉熔炼
按上述配比将Ni、Nb、W、Cr、Fe放入真空感应炉中，熔化后1550～1650℃精炼15～45分钟，真空度优于5Pa；加入C、Si、Mn，熔化后1500～1600℃精炼10～25分钟，真空度优于3Pa；
再充氩气保护下加入Al、B、V、La，熔化后1450～1550℃精炼5～15分钟后，浇铸成电渣重熔电极棒；
2)电渣重熔
用CaF2、Al2O3、CaO、MgO及SiO2作为渣料，渣料各组分的重量百分含量：CaF2为50～70%、Al2O3为10～30%、CaO为5～15%、MgO为0～10%、SiO2为0～8%将渣料加热至熔融状态。将步骤
1）所得电极棒插入结晶器中，下降至将近电渣炉底板位置，并倒入熔融渣料，通电，调整电渣重熔电流，其电流为4000±1500A、电压为43±5V，缓慢熔化电极棒，熔化钢液滴穿过熔融渣层，电渣重熔成电渣锭；
3)热加工
步骤2）所得的电渣锭热加至1080～1220℃，保温1～4h，1040～1180℃热加工成棒材；
4)热处理
步骤3）所述的棒材进行固溶热处理，其工艺参数如下：1040～1120℃×0.5～2.5h，水淬；
表2为表1所述高温合金制备技术工艺参数及性能试验结果：
表2 镍铬铁系高温合金制备技术工艺参数及性能试验结果

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