一種輻射管用耐高溫合金材料及其鑄造工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高溫耐氧化及高溫耐腐蝕領(lǐng)域，具體為一種輻射管用耐高溫合金材料及其鑄造工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)窯爐通常應(yīng)用燃?xì)廨椛涔茏鳛榧訜嵫b置來降低窯爐的基礎(chǔ)建設(shè)和運(yùn)行成本，提高生產(chǎn)效率，延長爐窯壽命。燃?xì)廨椛涔艿娜紵龤夥占叭紵a(chǎn)物不與被加熱工件直接接觸，大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量，目前在金屬熱處理及工業(yè)干燥領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。
[0003]輻射管的關(guān)鍵部件是管體，它將燃料燃燒釋放的熱量輻射給被加熱物料。因為管體表面直接接觸燃燒火焰和高溫?zé)煔猓荏w表面的金屬材料會被局部灼燒和氧化失效;若沿管體方向存在較大的溫差，管體則需要承受較大的熱應(yīng)力，這將直接影響輻射管的使用壽命;再加上燃燒時氣流的沖擊，也會產(chǎn)生一定的震動。
[0004]因此輻射管的材料需要滿足下列條件:(1)耐高溫(2)、表面黑度高(3)、導(dǎo)熱系數(shù)大(4)、較高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和良好的氣密性(5)、在最高溫工作溫度及自身負(fù)荷作用下，抗氧化性能好，并可以承受足夠大的高溫蠕變和破壞強(qiáng)度。(6)、熱膨脹系數(shù)小(7)、成本低。
[0005]高溫段輻射管耐高溫度在1150°C—1250°C之間，常規(guī)的HK40或者Cr25Ni35這兩種材質(zhì)只能用于不超過980°C的溫度，我們常用的材質(zhì)有Cr28Ni48W5或者Cr33Ni50W13，耐高溫性能不足，經(jīng)過一端時間使用后會產(chǎn)生燒損、彎曲變形、斷裂;另這兩種材質(zhì)的Ni含量較高，生產(chǎn)制作成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)中輻射管都選用Cr28Ni48W5或者Cr33Ni50W13，而這些剛的耐高溫性能不足、使用壽命較低且成本較高的缺陷，提供一種輻射管用耐高溫合金材料。
[0007 ]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了如下的技術(shù)方案:
[0008]—種輻射管用耐高溫合金材料，含有以下重量百分比的各組分:
[0009]C 0.30%?0.50%、Cr 29.0 % ?35.0 %、Ni 26% ?30%、Si 2.6% ?6.5%、W3.5% ?5.5%、Μο 0.5% ?1.5%、Μη 2% ?5.9%、Α1 3% ?6%、Ti 0.5% ?1.5%、Β1.6%?2.5%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)，所述雜質(zhì)的含量<3%。
[0010]進(jìn)一步的，一種輻射管用耐高溫合金材料，含有以下重量百分比的各組分:
[0011]c 0.30%?0.50%、Cr 30.0%?32.0%、Ni 28%?30%、Si 4%?6.0%、W 4%?5%、Mo 0.8%?1.2%、Μη 3%?5%、Α1 4%?5%、Ti 0.8%?1.2%、Β 1.8%?2.2%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)，所述雜質(zhì)的含量< 3%。
[0012]進(jìn)一步的，一種輻射管用耐高溫合金材料，含有以下重量百分比的各組分C0.40% ^Cr 32.0% ^Ni 28%、Si 4.6% ^ff 4.5% ^Mo l%、Mn 4%、A1 4.5% ^Ti 1%、B2%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)，所述雜質(zhì)的含量< 3%。
[0013]—種輻射管用耐高溫合金材料的鑄造工藝，包括以下幾個步驟:
[0014]1)、按照配方稱取原料；
[0015]2)、將原料在熔爐內(nèi)共同熔煉;熔煉的溫度為1550?1650°C ；
[0016]3)、澆鑄成型；澆鑄溫度為1400?1500°C;優(yōu)選的，在澆鑄前將鑄型預(yù)熱為200?500°C，澆筑后鑄錠在900?950°C下保溫2?10小時。
[0017]4)、退火處理;在450?650°C的溫度下預(yù)熱0.5?2小時，再加熱到900?950°C后退火處理，隨爐冷卻值300?350°C的溫度出爐空冷。
[0018]本發(fā)明的輻射管用耐高溫合金材料配方中C的含量為0.30 %?0.50 %，可以保證合金得到好的強(qiáng)度、硬度、韌性、耐熱性的配合，尤其是保證其與Cr、W、Ti等合金元素作用形成高硬度、高穩(wěn)定性的合金碳化物，使合金有足夠的耐熱性和強(qiáng)硬度。含碳量偏低，材料的韌性和耐蝕性將得以提高，但強(qiáng)度和耐熱性會不夠;含碳量過高，材料的硬度、熱強(qiáng)性會改善，但韌性會下降。
[0019]Cr是提高輻射管用合金材料的鋼強(qiáng)度和熱強(qiáng)性的重要元素。本發(fā)明的輻射管用耐高溫合金材料鉻的含量為29.0?35.0%之間，Cr有強(qiáng)烈提高淬透性作用，保證鑄后合金為馬氏體組織，回火后獲得保持有明顯馬氏體針遺跡的細(xì)小索氏體組織，同時Cr與C形成碳化物可強(qiáng)化硬化合金，提高耐磨性，且有提高回火穩(wěn)定性及熱疲勞抗力作用。因為偏低的含鉻量對材料的耐腐蝕性不利;而偏高的鉻含量對韌性不利，且會提高成本。另外含鉻量的選擇還要兼顧鉻量與碳量的合理匹配。
[0020]Ni可保證合金基體相為奧氏體的基本元素。過低則不能保證耐熱性和韌性，過高則增加成本;本發(fā)明經(jīng)過優(yōu)化，將Ni的添加量設(shè)定在26%?30%。
[0021 ] W可提高合金耐熱性和強(qiáng)度。過低則不能保證耐熱性，過高則增加成本；
[0022]Μη代替部分Ni，使基體相保持為奧氏體。過低，則不能使基體相保持為奧氏體，降低耐熱性;過高，則降低合金韌性。
[0023]Si可提高合金耐熱性和強(qiáng)度。合金中加入2.6?6.5%的Si，可提高合金耐熱性和抗氧化性。過低則不能保證耐熱性和抗氧化性，過高，則降低合金韌性。
[0024]A1:提高合金耐熱性，合金中加入3?6%A1，可利用A1易氧化形成氧化膜的特點提高合金耐熱性和抗氧化性。過低則不能保證耐熱性和抗氧化性，過高，則降低合金韌性。
[0025]Mo:提高合金耐熱性和強(qiáng)度。過低則不能保證耐熱性，過高，則增加合金成本。
[0026]B:提高合金耐熱性和強(qiáng)度。過低則不能保證耐熱性，過高，則降低合金韌性。
[0027]T1:提高合金耐熱性和強(qiáng)度。過低則不能保證耐熱性，過高，則增加合金成本。
[0028]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0029]一、本發(fā)明采用新的合金設(shè)計思路，在Cr-Ni合金基礎(chǔ)上，采用W、Mn、S1、Al、Mo、B復(fù)合添加，尤其是加入較多A1和Si，在不降低韌性的同時，以提高耐熱性;其提高耐熱性的作用效果明顯高于單獨添加之和。即具有1 + 1>2的效果；以Μη代替部分Ni，在控制其他合金元素的前提下，既保證其合金組成相為奧氏體和碳化物，又可明顯降低Ni含量，降低成本。
[0030]二、本發(fā)明的合金配方經(jīng)過配料、共同熔煉、澆鑄成型以及熱處理等工藝獲得的合金材料不僅成本降低了 10%，而且在強(qiáng)度、硬度、韌性、耐熱性方面性能均優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)中的常用材質(zhì)。
【具體實施方式】
[0031]以下對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0032]實施例1
[0033]—種福射管用耐高溫合金材料，含有以下重量百分比的各組分:
[0034]C 0.30%、Cr 29