專利名稱：耐熱變形合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是以鐵、鉻、鎳為基體的變形耐熱合金，屬于每一種成份的重量都低于50%的合金領(lǐng)域。
目前，國內(nèi)外常用的耐高溫變形合金主要是含鎳量為30-50%(重量百分比，下同)的鐵鎳變形合金和含鎳量超過50%的鎳基變形合金，但其使用溫度都不超過1100℃。例如，國際上常用的鐵鎳基合金Incoloy800系列合金，其使用溫度一般不超過1000℃。AISI310合金使用溫度不超過1038℃。Incone1600系列及國內(nèi)的GH30等鎳基變形合金，盡管其熱加工性能尚可，但價(jià)格昂貴，使用溫度也不超過1050℃，因其鎳含量高，高溫下還易受高溫硫化腐蝕，更限制其使用。
鑄造的耐熱合金，如HP40、HP40WNb及HK-40等，雖然可以耐更高的溫度，但卻不能加工成無縫管和板材。
然而，隨著能源、石化、冶金等基礎(chǔ)工業(yè)和航空、航天等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，迫切需要能耐更高溫度、抗腐蝕、高強(qiáng)度及易加工的變形耐熱合金。如石油化工裂解裝置、石腦油蒸氣重整裝置、冶金工業(yè)的熱風(fēng)爐、焦化爐、煤氣化工業(yè)的沸騰床氣化爐等高溫裝置，都需要最高能耐1200℃的抗氧化、耐腐蝕的合金無縫管用于加熱、測量和控溫設(shè)備上。這類合金的開發(fā)引起國內(nèi)外的重視。日本將耐1000℃、十萬小時(shí)高溫持久強(qiáng)度達(dá)1Kg/mm2的耐熱變形合金無縫管作為向極限挑戰(zhàn)的金屬材料進(jìn)行研究開發(fā)(見《向極限挑戰(zhàn)的金屬材料-開拓21世紀(jì)的技術(shù)》，田中良平編著，75-84頁，冶金工業(yè)出版社，1986)。中國專利申請(qǐng)CN1076969A公開了一種具有優(yōu)良的熱加工性能和高溫抗氧化性能的奧氏體高溫抗氧化鋼，其合金成份為鉻、鎳、鐵及鈣、鎂、鋁、稀土(鈰)等，推薦使用溫度在1100℃以下。美國專利US5023050是一種鎳基合金，含鉻、鎢、鉬等，不含鐵，用于高溫、高壓的氫環(huán)境，如燃?xì)涞目臻g飛行器上。
本發(fā)明的目的是根據(jù)合金耐熱理論、組織穩(wěn)定性原理和強(qiáng)度理論，通過系統(tǒng)研究合金元素對(duì)鎳鐵合金高溫氧化、硫化、高溫強(qiáng)度和熱加工性能的影響，尋求合金元素成份和含量的最佳組合，開發(fā)在1200℃以下高溫條件下，具有良好抗氧化、抗硫化性能，有良好的高溫強(qiáng)度又易于熱變形加工的耐熱變形合金。這種合金能進(jìn)行鍛造、軋制、擠壓、穿管、拉管等加工，可成形為線、棒、管和板材。
綜合考慮鉻、鎳對(duì)鐵合金的耐熱、耐蝕、高溫強(qiáng)度和組織穩(wěn)定性的影響，本發(fā)明采用鉻26%、鎳27%、余量為鐵的基本合金元素。這一基本合金成份具有良好的抗氧化、抗硫化和抗摻碳性能，蠕變強(qiáng)度高、組織穩(wěn)定性好，還具有良好的熱加工性能。本發(fā)明還加入少量可提高合金高溫強(qiáng)度的強(qiáng)化元素鉬、鈮。為了進(jìn)一步提高合金的抗氧化和耐腐蝕性能，本發(fā)明進(jìn)一步加入鋁和稀土元素，同時(shí)提高了氧化膜的粘著力，細(xì)化了合金顆粒，也改進(jìn)了熱加工性能。
為保證本發(fā)明合金的熱加工性能，對(duì)有害于熱加工性能的元素碳、硅、磷和硫要嚴(yán)格控制，盡可能降低其含量。
本發(fā)明的耐熱變形合金以鉻、鎳和鐵為主要合金元素，其特征在于合金的組分(重量百分比)為鉻25-28%，鎳25-29%，鉬0.2-1.5%，鈮0.2-1.5%，鋁0.15-1.0%，錳0.6-1.5%，稀土元素0.1-0.3%，有害元素碳、硅、磷和硫分別小于0.15%、0.7%、0.03%和0.02%，其余為鐵。
其中，稀土元素可以是釔、鈰或以鈰為主要成份的混合稀土。
本發(fā)明的合金可以采用真空二次重熔成中頻熔煉加電渣熔煉工藝進(jìn)行熔煉，以去除雜質(zhì)、消除偏析。在軋制、擠壓等熱加工工藝以前，采用快速感應(yīng)加熱，減少加熱時(shí)間，防止晶粒粗化，提高熱加工成品率。
本發(fā)明的合金具有良好的組織穩(wěn)定性，其基本組織結(jié)構(gòu)是奧氏體加碳化物。合金具有良好的熱加工性能，可以鑄造成型，也可以鍛造、軋制、擠壓、拉絲、穿管、拉管加工成棒、線、管材。本發(fā)明的合金在1200℃以下高溫有優(yōu)良的抗氧化、抗硫化等耐腐蝕性能，可以在石油化工、煤化工、電力等工業(yè)中作為加熱爐高溫爐管、高溫檢測設(shè)備配套的測溫管、控溫管等廣泛使用，以替代鑄造耐熱合金管和進(jìn)口的鎳基合金管，減小了爐管尺寸，提高了傳熱效率，降低了成本，延長了爐管和測、控溫管的使用壽命。
以下說明幾個(gè)較佳的實(shí)施例。
實(shí)施例1表1列出了本發(fā)明的一個(gè)較好的實(shí)施例的合金成份。表2至表6分別列出了該實(shí)施例的合金性能。表2為室溫機(jī)械性能，表3為高溫短時(shí)機(jī)械性能，表4是高溫持久性能，表5是抗硫化-氧化腐蝕性能，表6是抗高溫氧化性能。為了比較，這些表中還列出了一些鑄造合金和Incoloy800合金的相應(yīng)數(shù)據(jù)。從這些表中可見，本實(shí)施例的合金在性能上優(yōu)于已有的這些合金。
另二個(gè)較佳的實(shí)施例2與實(shí)施例3的合金成份列在表7、表8列出了這二個(gè)實(shí)施例的抗高溫氧化性能。






權(quán)利要求
1.一種以鉻、鎳、鐵為主要合金元素的耐熱變形合金，本發(fā)明的特征在于合金的組分(重量百分比)為鉻25-28%，鎳25-29%，鉬0.2-1.5%，鈮0.2-1.5%，鋁0.15-1.0%，錳0.6-1.5%，稀土元素0.1-0.3%，有害元素碳、硅、磷和硫分別小于0.15%、0.7%、0.03%和0.02%，其余為鐵。
2.按權(quán)利要求1所述的耐熱變形合金，其中所說的稀土元素是釔、鈰或以鈰為主要成份的混合稀土。
全文摘要
本發(fā)明是一種以鉻、鎳、鐵為基體的變形耐熱合金，其組分(重量百分比)為鉻25—28％、鎳25—29％、鉬0.2—1.5％、鈮0.2—1.5％、鋁0.15—1.0％、錳0.6—1.5％、稀土0.1—0.3％，其余為鐵，有害元素碳、硅、磷、硫分別小于0.15％、0.7％、0.03％、0.02％。本發(fā)明具有良好的組織穩(wěn)定性，在1200℃以下高溫有優(yōu)良的抗氧化、抗硫化等耐蝕性能，可以熱加工成棒材、線材、管材。代替鑄造耐熱合金用于高溫工作的爐管、測控溫管等，具有成本低、壽命長、傳熱效率高的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C22C38/48GK1109920SQ9411402
公開日1995年10月11日 申請(qǐng)日期1994年12月9日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月9日
發(fā)明者黃元偉, 馬熙衡, 徐之強(qiáng), 高愛香 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海冶金研究所