專利名稱：一種軋鋼加熱爐耐熱墊塊用的耐高溫鈷基合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鈷基高溫合金，具體涉及一種軋鋼加熱爐耐熱墊塊用的耐高溫鈷基合金
背景技術(shù)：
現(xiàn)在社會(huì)的國防、汽車、造船等工業(yè)正在飛速發(fā)展，國家對大型寬厚板的需求也越來越大，目前國際上寬厚板生產(chǎn)均采用高效節(jié)能的熱連軋技術(shù)，步進(jìn)式和推鋼式加熱爐是鋼鐵企業(yè)軋鋼生產(chǎn)及產(chǎn)品深加工的關(guān)鍵設(shè)備，應(yīng)用極其廣泛。而耐熱墊塊作為軋鋼加熱爐的關(guān)鍵部件，長期處于高溫、腐蝕氣氛及高負(fù)載的惡劣工況，對材質(zhì)要求非常嚴(yán)格。1944 年西屋公司(Westinghouse corporation)的 Yan Keel9A 發(fā)動(dòng)機(jī)采用了鈷基合金HS 23精密鑄造葉片，自此以后鈷基高溫合金開始廣泛用于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片制造及一些防腐蝕性能要求很高的零件。由于鈷基合金具有比較平坦的應(yīng)力——斷裂時(shí)間(溫度)曲線，也就是有較長的使用壽命，1963年德國Pose marre公司開發(fā)UmCo-50合金用于制造軋鋼加熱爐的耐熱墊塊，該合金比30Cr-25Ni-Fe系列高溫合金的使用溫度提高300°C， 不僅具有優(yōu)良的力學(xué)性能及化學(xué)性能，而且在高溫下具有自潤滑功能。隨著對鈷合金材料研究的進(jìn)一步深入，材料工作者發(fā)現(xiàn)UmCo-50在高溫下仍有一些不足之處，在600 900°C長期使用析出有害的σ相，10001以上長期使用析出((>斤6) 2Ν片狀相，導(dǎo)致使用時(shí)墊塊高度損耗較大，容易產(chǎn)生嚴(yán)重變形，影響使用壽命。1983年日本開發(fā)出了采用KHR40CM合金的耐熱墊塊，同UMCo-50合金耐熱墊塊相比，工作溫度和抗氧化性能得到增強(qiáng)，墊塊的極限高度進(jìn)一步提升，減小了墊塊頂部與鋼坯的溫差，使被加熱鋼坯的“黑印”情況有效降低。現(xiàn)在鈷基高溫合金已廣泛應(yīng)用于全世界范圍內(nèi)的軋鋼用步進(jìn)式和推鋼式加熱爐。近年來，軋鋼用步進(jìn)式大型板坯加熱爐中開始廣泛采用高效節(jié)能的汽化冷卻技術(shù)，但耐熱墊塊的使用溫度也隨之增加，普遍工作在1300°C 1350°C，KHR40CM合金長期工作在這樣的惡劣工況條件下時(shí)，使用壽命無法得到有效保證，各加熱爐公司正在積極探索適合制造耐熱墊塊的新型高溫合金。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種軋鋼加熱爐耐熱墊塊用的耐高溫鈷基合金，以使其在1300°C的使用溫度下具有較高的蠕變強(qiáng)度及抗氧化、抗腐蝕性能，有效的延長使用壽命。技術(shù)方案為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下
一種軋鋼加熱爐耐熱墊塊用的耐高溫鈷基合金，化學(xué)成分(wt%)為C 0. 05 0. 20%、 Si 0. 5 2. 0%、Mn 0. 5 1. 5%、Cr 27 30%、Co 39 41%、Ni 14 18%、W 2 5%、Ce 0. 02 0. 2 %，其余為Fe。化學(xué)成分優(yōu)選為C0. 12 0. 15 wt%、Si 1. 5 1. 7 wt%、Mn 1. 2 1. 4 wt%、Cr27 29 wt%、Co 39 40 wt%、Ni 15 17 wt%、W 3 4 wt%、Ce 0. 05 0. 1 wt%，其余為Fe。一種軋鋼加熱爐的耐熱墊塊，由上述的耐高溫鈷基合金制成。采用本合金制造的耐熱墊塊，主要適用于軋鋼用步進(jìn)式加熱爐，宜采用雙真空冶煉工藝精密鑄造成型，較目前廣泛使用的UmCo-50和KHR40CM合金制成的耐熱墊塊相比，具有更好的組織穩(wěn)定性和抗氧化性，提高了高溫蠕變強(qiáng)度及使用壽命。耐熱墊塊是一種長期處于高溫中等應(yīng)力工況的靜態(tài)部件，在合金加入39 41 wt%的Co來發(fā)揮鈷基合金在該使用條件下的優(yōu)勢，保證本合金的高溫抗蠕變強(qiáng)度。在合金加入14 18 wt%的Ni，提高了基體面心立方γ相的穩(wěn)定性，改善了合金析出各種有害相的傾向，使合金氧化膜與基體的結(jié)合強(qiáng)度提高，1300°C時(shí)抗氧化性能良好， 適量的Ni不會(huì)明顯降低合金的耐磨性。本合金含有27 30 wt%的Cr，以提高耐腐蝕性和形成硬質(zhì)碳化物從而提高耐磨性，同時(shí)也提高了合金的抗高溫氧化性能。超出此上限值的Cr濃度會(huì)導(dǎo)致熔融合金流動(dòng)緩慢，具有較差的鑄造性能，且導(dǎo)致合金產(chǎn)生內(nèi)部裂紋的傾向增大。本合金含有2 5 wt%&W，起到一定的固溶強(qiáng)化作用，提高了合金再結(jié)晶溫度，阻礙擴(kuò)散型形變，同時(shí)形成了部分穩(wěn)定的起時(shí)效沉淀強(qiáng)化作用的Y'相，從而有效提高了本合金的高溫蠕變強(qiáng)度。本合金加入了適量的Si，有助于增加合金的流動(dòng)性并作為脫氧劑，起到了一定的固溶強(qiáng)化作用，其濃度應(yīng)足夠高，以便能在合金內(nèi)實(shí)現(xiàn)這些有利的影響，但不應(yīng)過高以致降低合金的韌性。本發(fā)明中Si含量控制在0. 5 2. 0 Wt %。本合金含有0. 10 0. 20 wt%的C，可形成骨架狀的碳化物和共晶碳化物，對提高
合金高溫強(qiáng)度具有積極作用，但濃度應(yīng)嚴(yán)控制。稀土元素Ce的加入，提高了合金的純凈度，大幅度消除了 S、P等有害雜質(zhì)的危害， 有益于合金的高溫持久性能。制備方法采用本發(fā)明制備的軋鋼加熱爐耐熱墊塊，宜采用雙真空冶煉工藝，精密鑄造成型。第一次真空冶煉母合金，按GBn 185-82標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行；第二次精煉墊塊合金。經(jīng)過雙真空冶煉后的耐熱墊塊雜質(zhì)和有害氣體含量較低、墊塊內(nèi)部微裂紋和晶界低熔點(diǎn)共晶相消除，明顯提高耐熱墊塊的強(qiáng)度和抗氧化性能。有益效果與現(xiàn)有技術(shù)中的廣泛使用的UmCo-50和KHR40CM合金相比，本發(fā)明的耐高溫鈷基合金的顯著優(yōu)點(diǎn)是在1300°C的使用溫度下具有較高的蠕變強(qiáng)度及抗氧化、抗腐蝕性能，能有效延長制成的耐熱墊塊的使用壽命。


圖1是本發(fā)明耐高溫鈷基合金金相圖2是耐高溫鈷基合金的化學(xué)成份(wt%)表圖3是耐高溫鈷基合金墊塊在汽化冷卻步進(jìn)粱式加熱爐中對比使用結(jié)果表圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
實(shí)施例1
一種軋鋼加熱爐耐熱墊塊用的耐高溫鈷基合金，化學(xué)成分(wt%)為C 0. 05 0. 20%、 Si 0. 5 2. 0%、Mn 0. 5 1. 5%、Cr 27 30%、Co 39 41%、Ni 14 18%、W 2 5%、Ce 0. 02 0. 2 %，其余為Fe?；瘜W(xué)成分優(yōu)選為:C0. 12 0. 15 wt%、Si 1. 5 1. 7 wt%、Mn 1. 2 1. 4 wt%、Cr 27 29 wt%、Co 39 40 wt%、Ni 15 17 wt%、W 3 4 wt%、Ce 0. 05 0. 1 wt%，其余為Fe。該合金的金相圖如圖1所示。實(shí)施例2
一種軋鋼加熱爐的耐熱墊塊，由實(shí)施例1的耐高溫鈷基合金制成。制備方法為采用雙真空冶煉工藝，精密鑄造成型。第一次真空冶煉母合金，按 GBnl85-82標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行；第二次精煉墊塊合金。經(jīng)過雙真空冶煉后的耐熱墊塊雜質(zhì)和有害氣體含量較低、墊塊內(nèi)部微裂紋和晶界低熔點(diǎn)共晶相消除，明顯提高耐熱墊塊的強(qiáng)度和抗氧化性能。制造出的耐熱墊塊，主要適用于軋鋼用步進(jìn)式加熱爐，較目前廣泛使用的UmCo-50 和KHR40CM合金制成的耐熱墊塊相比，具有更好的組織穩(wěn)定性和抗氧化性，提高了高溫蠕變強(qiáng)度及使用壽命。實(shí)施例3試用對比試驗(yàn)
對比試驗(yàn)中由實(shí)施例2制造的耐熱墊塊，與作為對比試驗(yàn)的KHR40CM合金耐熱墊塊均采用雙真空冶煉工藝精密鑄造成型，各抽取其中的4爐，具體化學(xué)成分見圖2。在采用汽化冷卻的軋鋼步進(jìn)粱式加熱爐中對二者進(jìn)行實(shí)際試用的對比試驗(yàn)，
在試用中，延均熱段水粱爐寬方向?qū)⒉捎帽景l(fā)明合金制造的耐熱墊塊和KHR40CM耐熱墊塊均勻交替布置，然后對被測量墊塊統(tǒng)一編號(hào)，以便在同一溫度梯度區(qū)間進(jìn)行比較，具體使用結(jié)果如圖3所示。從圖3的數(shù)據(jù)可以明顯得出較目前廣泛使用的UmCo-50和KHR40CM合金制成的耐熱墊塊相比，具有更好的組織穩(wěn)定性和抗氧化性，提高了高溫蠕變強(qiáng)度及延長了使用壽命。
權(quán)利要求
1.一種軋鋼加熱爐耐熱墊塊用的耐高溫鈷基合金，其特征在于，化學(xué)成分為C 0. 05 0. 20 wt%、Si 0. 5 2. 0 wt%、Mn 0. 5 1. 5 wt%、Cr 27 30 wt%、Co 39 41 wt%、Ni 14 18 wt%、W 2 5 wt%、Ce 0. 02 0. 2 wt%,其余為 Fe。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軋鋼加熱爐耐熱墊塊用的耐高溫鈷基合金，其特征在于化學(xué)成分為C 0. 12 0. 15 wt%、Si 1. 5 1. 7 wt%、Mn 1. 2 1. 4 wt%、Cr 27 四 wt%、 Co 39 40 wt%、Ni 15 17 wt%、W 3 4 wt%、Ce 0. 05 0. 1 wt%，其余為 Fe。
3.一種軋鋼加熱爐的耐熱墊塊，其特征在于，由權(quán)利要求1所述的耐高溫鈷基合金制成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種軋鋼加熱爐耐熱墊塊用的耐高溫鈷基合金，其化學(xué)成分(wt%)為C0.05～0.20%、Si0.5～2.0%、Mn0.5～1.5%、Cr27～30%、Co39～41%、Ni14～18%、W2～5%、Ce0.02～0.2%，其余為Fe。與現(xiàn)有技術(shù)中的廣泛使用的UmCo-50和KHR40CM合金相比，本發(fā)明的耐高溫鈷基合金的顯著優(yōu)點(diǎn)是在1300℃的使用溫度下具有較高的蠕變強(qiáng)度及抗氧化、抗腐蝕性能，能有效延長制成的耐熱墊塊的使用壽命。
文檔編號(hào)C22C19/07GK102168211SQ20111014187
公開日2011年8月31日 申請日期2011年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月30日
發(fā)明者侯煜, 周勁松, 汪宣偉, 田軍, 胡志成, 董杰, 蔣乃富 申請人:中冶京誠(揚(yáng)州)冶金科技產(chǎn)業(yè)有限公司