一種抗硫腐蝕的耐熱合金及其棒材生產方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及金屬材料技術領域，特別涉及一種抗硫腐蝕的耐熱合金及其棒材生產 方法。
【背景技術】
[0002] 商用的耐熱合金，如德國的1. 4848(GX40CrNiSi25-20)以及美國的 ASTMA351(HK40)兩個牌號的合金，主要含25wt%左右的Cr和20wt%左右的Ni，它們具有 一定的強度。但他們在高溫（950°C~1050°C)使用特別是在含硫（S)的環(huán)境使用時，由于 其耐腐蝕性能較低，故其使用壽命較低。因此，目前急需一種在高溫使用時能抗硫腐蝕的 耐熱合金，使其使用強度和抗硫腐蝕性能優(yōu)于現有的商業(yè)用合金材料，以解決現有商業(yè)用 Ni-Cr耐熱合金相關性能上的不足。

【發(fā)明內容】

[0003] 針對當前耐熱合金的性能不足，本發(fā)明的目的是提供一種抗硫腐蝕的耐熱合金及 其棒材生產方法，使耐熱合金及其棒材具有較高強度的同時還具有良好的抗硫腐蝕性能。
[0004] 為解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種抗硫腐蝕的耐熱合金，以質量百分比計， 所述合金組成為：C:0· 025 ~0· 25%，Si:l. 30 ~2. 50%，Μη:1· 00 ~2. 50%，Cr:20 ~ 30 %，Ni: 17 ~27 %，Nb: 0· 75 ~2. 50 %，Mo: 0· 6 ~1. 50 %，A1:1. 0 ~2. 5 %，V:0· 6 ~ 1. 5%，Ce+La:0. 001 ~0· 050%，P彡 0· 035%，S彡 0· 030%，余量為Fe。
[0005] 優(yōu)選地，所述Ce+La的質量百分比含量為：0. 01~0. 008%。
[0006] 優(yōu)選地，所述V的質量百分比含量為：0. 3 - 1. 1%。
[0007] 優(yōu)選地，所述Nb的質量百分比含量為：0. 3 - 1. 1%。
[0008] 本發(fā)明還提供了一種抗硫腐蝕的耐熱合金的棒材生產方法，包括如下步驟：
[0009] 將原料在非真空中頻感應爐中熔煉得鋼液，控制所述鋼液的質量百分比組成為： C:0. 025 ~0.25 %，Si:1.30 ~2.50 %，Μη: 1.00 ~2.50 %，Cr: 20 ~30 %，Ni: 17 ~ 27%，Nb:0. 75 ~2. 50%，Μ〇:0· 6 ~1. 50%，V:0· 6 ~1. 5%，P彡 0· 035%，S彡 0· 030%， 余量為Fe;
[0010] 將所述鋼液在水平連鑄機中鑄成圓型棒材；
[0011] 將所述棒材在非真空中頻感應爐中重熔，同時加入Al、Ce和La元素進行合金 化，得重熔鋼液，控制所述重熔鋼液的質量百分比組成為：C:0. 025~0. 25%，Si:1. 30~ 2. 50%，Μη: 1.00 ~2. 50%，Cr: 20 ~30%，Ni: 17 ~27%，Nb:0.75 ~2. 50%，Mo:0.6 ~ 1. 50 %，Α1:1· 0 ~2. 5%，V:0· 6 ~1. 5 %，Ce+La:0. 001 ~0· 050%，P彡 0· 035 %， S<(λ030%，余量為Fe;
[0012] 將所述重熔鋼液在臥式離心機中離心鑄造成管坯。
[0013] 進一步地，所述非真空中頻感應爐中的熔煉溫度控制在1560-1600°C。
[0014]進一步地，所述臥式離心機中的離心鑄造溫度控制在1500-1550°C，離心轉速控制 為2100~2300轉/分。
[0015] 本發(fā)明提供的抗硫腐蝕的耐熱合金中，相關元素的作用機理如下：
[0016] 鋁（A1)在合金使用過程中，能自動形成A1203膜，A1 203膜比SiO2膜和Cr203膜的 抗硫（S)腐蝕性能優(yōu)越，而且在使用過程中能自動再形成A1203膜。
[0017] 鈮（Nb)與碳有很強的親和力，由于鈮的固定碳和沉淀硬化作用，可以提高合金的 蠕變性能及強度，在奧氏體合金中，鈮還可以防止氧化介質對合金的晶間腐蝕。
[0018] 釩（V)是強碳化物及氮化物形成元素，釩細化合金鑄造晶粒，提高晶粒粗化溫度， 從而降低合金的過熱敏感性，并提高合金的強度和韌性。
[0019] 磷（P)和硫（S)均為雜質元素，P元素在合金中不形成碳化物，易造成嚴重偏折，S 元素在合金中也產生嚴重偏折，如果以熔點較低的FeS形成存在，將導致合金的熱脆現象， 必須嚴格控制合金中磷和硫含量。
[0020] 鈰（Ce)和鑭（La)和氧、硫、磷、氮的親和力很強，它們有脫氧脫硫和消除有害雜 質的作用，在鑄鋼中，它能增加鋼液的流動性，改善鑄態(tài)組織，清潔晶界，從而提高合金耐腐 性。
[0021] 硅（Si)不易形成碳化物，過高（彡2. 5% )含量的硅降低了合金的韌性和塑性。
[0022] 本發(fā)明提供的一種抗硫腐蝕的耐熱合金，在合金中添加1. 0~2. 5%的鋁元素，可 在合金使用過程中自動形成A1203膜，A1 203膜比SiOj莫和Cr203膜具有更強的抗硫（S)腐蝕 性能，而且鋁元素在合金使用過程中能自動再形成A1203膜；并且合金中0. 001~0. 050% 的鈰和鑭元素有脫氧脫硫和消除有害雜質的作用，在鑄鋼中，鈰和鑭元素還能增加鋼液的 流動性，改善鑄態(tài)組織，清潔晶界，從而提高合金的耐腐性；同時，還在合金中添加0. 75~ 2. 50 %的鈮元素和0. 6~1. 5 %的釩元素，能夠進一步增強合金的強度、韌性和抗腐蝕性 能。因此本發(fā)明提供的合金不僅能夠保持較高的強度性能，同時還具有很強的高溫抗硫腐 蝕性能。
【附圖說明】
[0023] 圖1為本發(fā)明實施例1提供的耐熱合金和美國HK40牌號的耐熱合金在1000°C的 含硫環(huán)境中的熱腐蝕失重對比圖；
[0024] 圖2為美國HK40牌號的耐熱合金在1000°C的含硫環(huán)境中的熱腐蝕形貌圖；
[0025] 圖3為本發(fā)明實施例1提供的耐熱合金在1000°C的含硫環(huán)境中的熱腐蝕形貌圖。
【具體實施方式】
[0026] 本發(fā)明實施例提供的一種抗硫腐蝕的耐熱合金，以質量百分比計，其組成為： C:0. 025 ~0.25 %，Si:1.30 ~2.50 %，Μη: 1.00 ~2.50 %，Cr: 20 ~30 %，Ni: 17 ~ 27 %，Nb: 0· 75 ~2. 50 %，Mo: 0· 6 ~1. 50 %，Al: 1. 0 ~2. 5 %，V:0· 6 ~1. 5 %， Ce+La:0. 001 ~0· 050%，P彡 0· 035%，S彡 0· 030%，余量為Fe。
[0027] 作為優(yōu)選，Ce+La元素在合金中的質量百分比含量控制在0. 01~0. 08%最佳。
[0028] 作為優(yōu)選，V元素在合金中的質量百分比含量控制在0. 3 - 1. 1%最佳。
[0029] 作為優(yōu)選，Nb元素在合金中的質量百分比含量控制在0. 3 - 1. 1%最佳。
[0030]本發(fā)明實施例提供的一種抗硫腐蝕的耐熱合金的棒材生產方法，包括如下步驟：
[0031] 1)將原料在非真空中頻感應爐中熔煉得鋼液，控制所述鋼液的質量百分比組成 為：C:0· 025 ~0· 25%，Si:l. 30 ~2. 50%，Μη:1· 00 ~2. 50%，Cr:20 ~30%，Ni:17 ~ 27%，Nb:0. 75 ~2. 50%，Μ〇:0· 6 ~1. 50%，V:0· 6 ~1. 5%，P彡 0· 035%，S彡 0· 030%， 余量為Fe;
[0032] 2)將所述鋼液在水平連鑄機中鑄成圓型棒材；
[0033] 3)將所述棒材在非真空中頻感應爐中重恪，同時加入Al、Ce和La元素進行合金 化，得重熔鋼液，控制所述重熔鋼液的質量百分比組成為：C:0. 025~0. 25%，Si:1. 30~ 2. 50%，Μη: 1.00 ~2. 50%，Cr: 20 ~30%，Ni: 17 ~27%，Nb:0.75 ~2. 50%，Mo:0.6 ~ 1. 50 %，Α1:1· 0 ~2. 5%，V:0· 6 ~1. 5 %，Ce+La:0. 001 ~0· 050%，P彡 0· 035 %， S<(λ030%，余量為Fe;
[0034] 4)將所述重熔鋼液在臥式離心機中離心鑄造成管坯。
[0035] 其中，所述非真空中頻感應爐中的熔煉溫度控制在1560_1600°C。
[0036] 其中，所述臥式離心機中的離心鑄造溫度控制在1500-1550°C，離心轉速控制為 2100 ~2300 轉 / 分。
[0037] 實施例1
[0038] 首先，將原料在非真空中頻感應爐中熔煉，在常壓條件下，控制感應爐中的熔煉溫 度在1560°C，熔煉得到的鋼液質量百分比組成為：C:0.038%，Si:1.41%，Mn:1.13%，Cr:2 4. 32%，Ni:19. 92%，Nb:l. 23%，Μ〇:0· 38%，V:0· 08%，P:0· 032%，S:0· 025%，余量為Fe 和不可避免雜質。
[0039] 然后將所得鋼液通過水平連鑄機拉成Φ100mm的母合金棒。再將制成的母合金 棒，置入非真空中頻感應爐中重熔，在常壓條件下，控制感應爐中的熔煉溫度在1560°C， 同時向鋼液中加入Al、Ce和La元素進行合金化，得到的重熔鋼液的質量百分比組成為： C：0. 038 %,Si:1. 41 % ,Mn:l. 13% ,Cr:24. 32 % ,Ni:19. 92 % ,Nb: 1. 23 % ,Mo: 0. 38 %, Al:l. 73%，V:0· 08%，Ce+La:0. 008%，P:0· 032%，S:0· 025%，余量為Fe和不可避免雜質， 鋼液成分具體見表1所示。
[0040] 最后，利用臥式離心機對重熔鋼液進行離心鑄造，離心鑄造過程中，控制離心鑄造 的溫度為1500°C，離心轉速控制為2100轉/分，最終離心鑄造得到管坯。從管坯的縱向截 取試樣，經ll〇〇°C固熔處理再進行各項力學性能測評，力學性能測評結果如表2所示。
[0041] 實施例2
[0042] 首先，將原料在非真空中頻感應爐中熔煉，在常壓條件下，控制感應爐中的熔煉溫 度在1600°C，熔煉得到的鋼液質量百分比組成為：C:0. 017%，Si: 1. 83%，Mn: 1. 42%，Cr:2 5· 87%，Ni:21. 35%，Nb:l. 47%，Μ〇:0· 41%，V:0· 32%，P:0· 028%，S:0· 025%，余量為Fe 和不可避免雜質。
[0043] 然后將所得鋼液通過水平連鑄機拉成Φ100mm的母合金棒。再將制成的母合金 棒，置入非真空中頻感應爐中重熔，在常壓條件下，控制感應爐中的熔煉溫度在1600°C， 同時向鋼液中加入Al、Ce和La元素進行合金化，得到的重熔鋼液的質量百分比組成為： C：0. 017%,Si:1. 83 % ,Μη: 1.42 % ,Cr:25. 87 % ,Ni: