專利名稱：彌散強(qiáng)化合金的結(jié)合方法
技術(shù)領(lǐng)域：
該發(fā)明涉及一種用于結(jié)合兩個(gè)或更多零件和/或結(jié)構(gòu)部件的方法，至少其中的一個(gè)零件或部件由彌散強(qiáng)化合金組成。
背景技術(shù)：
例如Kanthal APM或者APMT這樣由彌散強(qiáng)化材料制成的結(jié)構(gòu)部件已被證明可以極好地滿足在所謂高溫應(yīng)用中的結(jié)構(gòu)部件的要求，例如將氣體引入通過被周圍燃燒器加熱到足夠高的溫度(如1100℃)的輻射管中。該輻射管被外部加熱到能夠發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的溫度。在該管氣體進(jìn)口端處的典型溫度為900℃，出口端處為1125℃，最高最高達(dá)1200℃。
在瑞典專利No.467414中披露了一種FeCrAl彌散強(qiáng)化材料，據(jù)其記載，該材料同鈷、鎳、硅、錳、鋯、鈦以及少量的釔和鉿進(jìn)行合金，隨后將其加熱到至少1050℃，這樣就提高了其抗蠕變強(qiáng)度。輻射管由該材料制得。
在瑞典專利No.513989中披露了一種利用氣體霧化生產(chǎn)FeCrAl彌散強(qiáng)化材料的方法。利用該申請中的方法解決的氣體霧化中的問題為，在生產(chǎn)含鈦的彌散強(qiáng)化材料的過程中，TiN以及TiC小顆粒于霧化之前就會在填料中形成，這些顆粒附著在用于霧化的熔融管嘴上，并致使其被堵塞。其解決方法為使待霧化的填料含有重量百分比為0.05-0.50％的鉭，并且同時(shí)鈦的重量百分比少于0.10％。據(jù)專利No.513989記載，該材料還可以含有鉬。
如上所述，據(jù)稱通過專利No.467414中記載的材料能夠提高抗蠕變強(qiáng)度。然而，這就增加了對所述管的抗蠕變強(qiáng)度、延展性以及其使用壽命的更多附加要求。同時(shí)更希望生產(chǎn)出比現(xiàn)有管能夠在更長時(shí)間內(nèi)抵抗高溫且更長的管。
瑞典專利申請No.0301500-5披露了一種裂解爐中的輻射管，其中，烴在供其流過、且已被外部加熱到能夠使烴發(fā)生裂解的溫度的管中裂解為乙烯，其特征是，該管由FeCrAl材料制成，所述FeCrAl材料除了含有Fe之外，還含有重量百分比為10-25％的Cr、1-10％的Al、1.5-5％的Mo以及少量的合金元素。
彌散強(qiáng)化合金大多用于溫度高達(dá)1200℃的情況下。同時(shí)結(jié)合考慮到其需要長的懸掛管的結(jié)構(gòu)原理，這就分別對管的焊接和結(jié)合提出了特殊的要求。對結(jié)構(gòu)的優(yōu)化在于壁厚。決定性因素是使用壽命和來自管外部的最大傳熱，這可以通過薄壁管和高強(qiáng)度而得以提高。必須對管的強(qiáng)度進(jìn)行選擇，從而至少能夠承載靜載荷。結(jié)構(gòu)部件的典型長度最高達(dá)10-17m，并且可以是例如由兩個(gè)或更多部件(即管)焊接在一起組成。
在對至少其中一個(gè)零件含有彌散強(qiáng)化合金的一個(gè)或更多零件或結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行連接時(shí)，就會出現(xiàn)包括例如氮化物和/或大的氧化物聚集團(tuán)析出的寬闊區(qū)域，這就分別極大地弱化了所述焊接和接合處的結(jié)構(gòu)。這種弱化意味著由處于某一特定溫度和壓力結(jié)合條件下的彌散強(qiáng)化材料所形成的結(jié)合沒有達(dá)到其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)。在許多應(yīng)用彌散強(qiáng)化材料的情況下，靜載荷是結(jié)合處負(fù)載的最大載荷。因此，由于載荷會隨壁厚的增大而增加，因此不能為了滿足結(jié)合處的的標(biāo)準(zhǔn)而增大整個(gè)管的壁厚。同樣，從成本和熱傳導(dǎo)的角度看，厚壁管的使用效果并不比具有傳統(tǒng)設(shè)計(jì)工藝的管結(jié)構(gòu)理想。為了利用含有彌散強(qiáng)化合金的一個(gè)或兩個(gè)部件對結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行結(jié)合，結(jié)合處內(nèi)機(jī)械強(qiáng)度比經(jīng)過必要的加熱順序制成的基材降低了一半。這使得焊接、接合或同類形具有潛在的斷裂跡象。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的就是提供一種結(jié)合部件的方法，其中至少一個(gè)部件含有彌散強(qiáng)化合金，并且能夠消除上述缺點(diǎn)，同時(shí)對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化了。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供一種利用包含彌散強(qiáng)化合金的一個(gè)或兩個(gè)部件對結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行結(jié)合的方法，該方法綜合了已知結(jié)合技術(shù)和出于將結(jié)合和焊接面的強(qiáng)度分別提高到由管來承擔(dān)負(fù)載這種程度的目的而擴(kuò)展結(jié)合區(qū)橫截面的技術(shù)。
本發(fā)明提供一種利用包含彌散強(qiáng)化合金的一個(gè)或兩個(gè)部件對結(jié)構(gòu)部件和在結(jié)合前進(jìn)行結(jié)合的方法，該方法出于將結(jié)合和焊接面的強(qiáng)度分別提高到由管來承擔(dān)負(fù)載這種程度的目的以及實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)部件在高溫場合下的應(yīng)用，從而在結(jié)合前擴(kuò)展結(jié)合區(qū)橫截面。
本發(fā)明所述方法中應(yīng)用的彌散強(qiáng)化合金具有如下所示組分(重量百分含量％)C 最高達(dá)0.08Si最高達(dá)0.7Cr10-25Al1-10Mo1.5-5Mn最高達(dá)0.4平衡量的Fe以及常見的雜質(zhì)優(yōu)選的情況為材料中含有較少量的一種或多種合金元素，如鉿、鋯、釔、氮、碳和氧。
對于所述材料中含量較低的合金元素而言，本發(fā)明在材料組份方面可以有所不同。
為了能夠應(yīng)用彌散強(qiáng)化合金，應(yīng)當(dāng)僅在結(jié)合區(qū)處增大結(jié)構(gòu)部件的壁厚。同傳統(tǒng)的方法相比，靜載荷沒有明顯的提高，熱傳導(dǎo)也沒有變化。
結(jié)合時(shí)的載荷由公式1計(jì)算得出公式(1) σ＝F/Aσ＝張力 [Mpa]F＝力[N]A＝橫截面積 [mm2]若壓力F產(chǎn)生了結(jié)合時(shí)的蠕變斷裂標(biāo)準(zhǔn)σb，例如，如果1100℃/100000h下的σb＝4Mpa，而彌散強(qiáng)化結(jié)合下的強(qiáng)度σ＝2Mpa時(shí)，材料就不能利用傳統(tǒng)的結(jié)合方法。
然而，如果增大結(jié)合區(qū)域處的壁厚，例如，將A增大2倍，壓力F不變，則蠕變斷裂標(biāo)準(zhǔn)就會縮小2倍，在上述情況下，這就意味著蠕變斷裂標(biāo)準(zhǔn)就從σb＝4Mpa降低到σb＝2Mpa，從而由包含彌散強(qiáng)化合金的一個(gè)或兩個(gè)結(jié)構(gòu)部件所形成的結(jié)合的強(qiáng)度就達(dá)到了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。
在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，由公式(1)計(jì)算得出的σb如下F＝F1[N]A＝A1[mm2]公式(1)→ σb＝F1/A1在增大壁厚的情況下，同傳統(tǒng)的方法相比，A增大了2倍，由公式(1)得出F＝F1[N]A＝2A1[mm2]公式(1)→ σb＝F1/2A1通過如鍛造、HIP以及車削加工這樣的許多生產(chǎn)方法均能夠使待結(jié)合的所述結(jié)構(gòu)部件的壁厚獲得理想地增加。在應(yīng)用由上述材料制成的結(jié)構(gòu)部件的高溫場合下，管長常常超過6m。這使得鍛造成為將管結(jié)合或焊接為理想的結(jié)構(gòu)和/或長度的最有效的方法。
因此，具有加厚的結(jié)合處壁厚的管的幾何形狀對流動性不會產(chǎn)生明顯的影響，對管的內(nèi)部和外部也不會產(chǎn)生明顯的影響。出于實(shí)際原因，在結(jié)構(gòu)部件以及管的縱軸方向上，壁厚應(yīng)分別增加至少30mm。橫截面應(yīng)增大一定數(shù)量，使其至少對應(yīng)于所針對的負(fù)載降低量即橫截面積的增大同上述公式所述的壓力成反比。
本發(fā)明所述方法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)為，能夠?qū)⒁粋€(gè)或更多由彌散強(qiáng)化和/或例如不銹鋼這樣的其他材料制成的結(jié)構(gòu)部件結(jié)合在一起。
本發(fā)明所涉及的方法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)為，能夠應(yīng)用傳統(tǒng)的方法，例如，傳統(tǒng)的焊接作為TIG，將鍛造結(jié)構(gòu)部件結(jié)合在一起，此為生產(chǎn)和組裝的一個(gè)重要因素。
利用本發(fā)明所述方法所結(jié)合的管的可能應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)榱鸦癄t中所謂的輻射管。
在裂化爐或乙烯爐中，烴被裂解為乙烯，H2C＝H2C，此為塑料工業(yè)的原材料。
輻射管用于裂解爐中，在該爐中，烴在能夠供烴流過的管道中裂解為乙烯。烴在流過被四周的燃燒器加熱到能夠發(fā)生裂解的足夠高的溫度的輻射管時(shí)發(fā)生裂解，例如大約在1100℃的時(shí)候，管道中就會生成乙烯。典型地，管道入口端氣體的溫度為900℃，其出口端的氣體的溫度約為1125℃，并最高達(dá)1200℃。
權(quán)利要求
1.一種用于結(jié)合一個(gè)或更多結(jié)構(gòu)部件的方法，至少一個(gè)部件包含彌散強(qiáng)化合金，其特征在于，在結(jié)合前，通過鍛造使結(jié)合處的橫截面積增大。
2.如權(quán)利要求1所述的用于結(jié)合一個(gè)或更多結(jié)構(gòu)部件的方法，至少一個(gè)部件包含彌散強(qiáng)化合金，該彌散強(qiáng)化合金的組成如下(重量百分比％)C 最高達(dá)0.08Si最高達(dá)0.7Cr10-25Al1-10Mo1.5-5Mn最高達(dá)0.4平衡量的Fe以及常見的雜質(zhì)。
3.利用權(quán)利要求1和權(quán)利要求2所述的方法制得的、在高于900℃的高溫下應(yīng)用的結(jié)構(gòu)部件。
4.利用權(quán)利要求1和權(quán)利要求2所述的方法制得的、在裂解爐中應(yīng)用的結(jié)構(gòu)部件。
5.利用權(quán)利要求1和權(quán)利要求2所述的方法制得的結(jié)構(gòu)部件，其中，其結(jié)合處的蠕變斷裂標(biāo)準(zhǔn)σ＝F1/A1隨橫截面積的增大而增大。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于結(jié)合兩個(gè)或更多的零件和/或結(jié)構(gòu)部件的方法，其中至少一個(gè)部件包含具有如下組份的彌散強(qiáng)化合金(重量百分比％)C最高達(dá)0.08，Si最高達(dá)0.7，Cr10－25，Al1－10，Mo1.5－5，Mn最高達(dá)0.4，平衡量的Fe以及常見的雜質(zhì)，本發(fā)明通過在結(jié)合之前利用鍛造使其結(jié)合處的橫截面積增大而實(shí)現(xiàn)其所述結(jié)合，并且根據(jù)本發(fā)明所述方法制得的產(chǎn)品能夠應(yīng)用于高于900℃的高溫情況中。
文檔編號F16L13/02GK1950171SQ200580013702
公開日2007年4月18日 申請日期2005年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月30日
發(fā)明者克拉斯·歐恩格倫 申請人:山特維克知識產(chǎn)權(quán)股份有限公司