BR112021008637A2

BR112021008637A2 - liga resistente à oxidação e resistente ao calor e método de preparação

Info

Publication number: BR112021008637A2
Application number: BR112021008637-4A
Authority: BR
Inventors: Heli Luo; Xinglei Wang; Shangping Li; Zhaoxiong Gu; Jiantao Wang; Lijuan Wei; Fajie Yin; Zhenhua Wang
Original assignee: Qingdao Npa Industry Co., Ltd.
Priority date: 2018-11-08
Filing date: 2019-09-12
Publication date: 2021-08-10
Also published as: WO2020093783A1; ES2891575T3; MX2021005478A; JP2021526593A; DK3650560T3; KR20200126001A; SA119410180B1; UA128118C2; KR102556685B1; CA3115366C; JP7084551B2; CA3115366A1; SG11202012154WA; RU2760223C1; ZA202102705B; IL283000A; CN109112327A; CN109112327B; US20220018005A1

Abstract

LIGA RESISTENTE À OXIDAÇÃO E RESISTENTE AO CALOR E MÉTODO DE PREPARAÇÃO. A presente divulgação se refere a uma liga resistente à oxidação e resistente ao calor e a um método de preparação que pertencem ao campo técnico das ligas e resolvem os problemas das ligas convencionais de que o teor de oxigênio, enxofre e nitrogênio são altos, a proporção de película de Al2O3 na película de oxidação na superfície da liga é baixa e, quando o teor de alumínio é alto, a dureza da liga é insatisfatória. A liga resistente à oxidação e resistente ao calor da presente divulgação compreende, em porcentagem em massa: 2,5% a 6% de Al, 24% a 30% de Cr, 0,3% a 0,55% de C, 30% a 50% de Ni, 2% a 8% de W, 0,01% a 0,2% de Ti, 0,01% a 0,2% de Zr, 0,01% a 0,4% de Hf, 0,01% a 0,2% de Y, 0,01% a 0,2% de V, N<0,05%, O<0,003%, S<0,003% e Si<0,5%, sendo que o saldo é Fe e impurezas inevitáveis; em que apenas um dentre Ti e V é compreendido. O método para preparar a liga resistente à oxidação e resistente ao calor compreende: fusão com materiais de elemento inativo -> refinamento -> adição de terra rara mista -> adição de escória -> formação de liga dos elementos ativos. A temperatura de nível de resistência à oxidação completa da liga resistente à oxidação e resistente ao calor da presente divulgação alcança 1.200 °C, o que faz com que a liga possa servir abaixo de 1.200 °C por um longo prazo e de forma estável.

Description

RELATÓRIO DESCRITIVO LIGA RESISTENTE À OXIDAÇÃO E RESISTENTE AO CALOR E MÉTODO DE PREPARAÇÃO CAMPO DA TÉCNICA

[001] A presente divulgação se refere ao campo da técnica de ligas, e particularmente se refere a uma liga resistente à oxidação e resistente ao calor e a um método de preparação.

ANTECEDENTES DA TÉCNICA

[002] Juntamente com o desenvolvimento nos campos como aviação e petroquímica, os materiais que têm uma excelente resistência à oxidação de alta temperatura a 1.000 a 1.200 °C são rigorosamente necessários, como componentes de alta temperatura para as câmaras de combustão e escapamentos de motores de aeronaves e tubos de forno de quebra de etileno. Ademais, a fim de realizar a conexão dos componentes, os materiais são necessários para ter uma boa soldabilidade. Os materiais que servem ativamente desses componentes são principalmente superligas forjadas e aços resistentes ao calor, que têm uma boa soldabilidade. No entanto, a resistência à oxidação de alta temperatura das ligas é realizada principalmente adicionando um alto teor de Cr, e a película de oxidação formado em alta temperatura é principalmente Cr2O3. O Cr2O3 abaixo de 1.000 °C é muito estável, e tem uma boa função de proteção, mas acima de 1.000 °C não é estável, gaseifica facilmente para formar orifícios, e perde a função de proteção para a matriz de liga. Al2O3 pode manter-se estável em ambientes de alta temperatura acima de

1.000 °C. Portanto, a fim de permitir que as ligas tenham uma excelente resistência à oxidação acima de 1.000 °C, é necessário formar uma película de Al2O3 compacto, e se a área do Al2O3 na película de oxidação formado na superfície das ligas é maior, a película de oxidação é mais difícil de descascar, e a resistência à oxidação das ligas é melhor.

[003] Adicionando uma certa quantidade de alumínio em aços resistentes ao calor, uma película de Al2O3 pode ser formado, o que obviamente melhora a resistência à oxidação de alta temperatura das ligas. No campo da petroquímica, os tubos de quebra de etileno já começaram a empregar ligas aluminíferas resistentes ao calor para substituir os aços tradicionais resistentes ao calor, nos quais a liga HTE (ZL102187003B) desenvolvida pela empresa Schmidt-Clemens na Alemanha é a mais representativa e tem o desempenho ideal. Os tubos de forno de quebra de etileno feitos a partir da liga HTE têm boa resistência à oxidação e resistência ao coque, e tanto a vida útil do tubo de forno quanto o período de descoqueamento são muito melhorados em comparação com os aços tradicionais resistentes ao calor. No entanto, a propriedade mecânica de alta temperatura, a resistência à oxidação e a estabilidade da película de oxidação da liga ainda podem ser adicionalmente melhoradas.

[004] Ademais, quando o teor de alumínio é alto, uma camada Al 2O3 com espessura suficiente pode ser gerada, através da mesma evitando que a camada Al2O3 gerada descasque em serviço a altas temperaturas. No entanto, se o teor de alumínio é muito alto, a dureza das ligas é insatisfatória. Portanto, em serviço a altas temperaturas, a boa resistência à oxidação e a boa dureza das ligas não podem ser obtidas simultaneamente.

[005] Diferente dos aços resistentes ao calor, quando os elementos ativos como alumínio e titânio são adicionados, eles facilmente formam inclusões de óxido e nitreto com o oxigênio e nitrogênio nas ligas, o que afeta a propriedade mecânica das ligas, e consomem os principais elementos como alumínio e titânio, o que afeta a formação da película de óxido de alumínio. Portanto, a fim de realizar a preparação de alta qualidade e garantir uma propriedade de serviço, é necessário controlar estritamente o teor de oxigênio e nitrogênio das ligas contendo alumínio. Ademais, o enxofre influencia fortemente a adesão entre a película de oxidação e a matriz de liga, e a fim de garantir que a película de oxidação possa aderir à superfície da matriz de liga para ter a função de proteção, é necessário controlar estritamente o teor de enxofre nas ligas. No entanto, como restrito pelo processo de preparação, no processo de preparação das ligas contendo alumínio convencionais, a faixa dentro da qual o elemento nocivo nitrogênio é controlado é muito amplo, e os elementos nocivos como oxigênio e enxofre não são controlados, o que afeta seriamente o desempenho e a estabilidade da qualidade dos tubos de forno.

[006] Em relação ao campo da técnica das ligas, é relativamente fácil melhor a propriedade abrangente das ligas abaixo de 1.050 °C, mas para melhorar a propriedade das ligas na temperatura de serviço acima de 1.050 °C, especialmente a propriedade abrangente quando se aproxima de 1.200 °C, é um grande problema no campo. Só porque é tão difícil melhorar a propriedade das ligas a altas temperaturas de serviço, acima de 1.050 °C, mesmo que a temperatura de serviço das ligas se destine a ser aumentada em apenas 50 °C, a dificuldade será de uma ordem exponencial, e o trabalho que é necessário para pagar será impensável para uma pessoa versada na técnica. O aumento de apenas 50 °C é uma conquista inignorável, e deve ser comumente reconhecido e respeitado por um especialista da indústria.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[007] Em vista da análise descrita acima, a presente divulgação visa fornecer uma liga resistente à oxidação e resistente ao calor e a um método de preparação, que pode resolver pelo menos um dos seguintes problemas técnicos:

[008] (1) Quando a temperatura de serviço estiver acima de 1.100 °C, a boa resistência à oxidação e a boa propriedade mecânica das ligas não podem ser obtidas simultaneamente;

[009] (2) Os elementos nocivos como oxigênio, enxofre e nitrogênio não são efetivamente controlados, o que faz com que as ligas tenham uma propriedade abrangente insatisfatória e uma qualidade instável; e

[010] (3) A proporção da película de Al2O3 na película de oxidação formado na superfície das ligas nos ambientes de alta temperatura acima de 1.100 °C é baixa, e a película de Al2O3 facilmente descasca, o que resulta em uma resistência à oxidação insatisfatória das ligas.

[011] Um objeto da presente divulgação é realizado principalmente pela seguinte solução técnica:

[012] Em um aspecto, a presente divulgação fornece uma liga resistente à oxidação e resistente ao calor, por porcentagem de massa, a liga compreende: 2,5% a 6% de Al, 30% a 50% de Ni, 2% a 8% de W e 0,01% a 0,4% de Hf.

[013] Com base na solução acima, a presente divulgação é melhorada da seguinte forma:

[014] Opcionalmente, a liga compreende: 2,5% a 6% de Al, 24% a 30% de Cr, 0,3% a 0,55% de C, 30% a 50% de Ni, 2% a 8% de W, 0,01% a 0,2% de Ti, 0,01% a 0,2% de Zr, 0,01% a 0,4% de Hf, 0,01% a 0,2% de Y e 0,01% a 0,2% de V; em que apenas um dentre Ti e V é compreendido.

[015] Opcionalmente, a liga compreende: N<0,05%, O<0,003%, S<0,003% e Si<0,5%, sendo que o saldo é Fe e impurezas inevitáveis.

[016] Opcionalmente, a liga compreende: 3,3% a 5,5% de Al e 34% a 46% de Ni.

[017] Opcionalmente, a liga compreende: 3% a 6% de W.

[018] Opcionalmente, a liga compreende: 0,01% a 0,06% de Y.

[019] Opcionalmente, em uma atmosfera oxidante de 1.000 a 1.200 °C, nada menos do que 90% de uma área de uma película de oxidação que é formada em uma superfície da liga é uma película de Al2O3.

[020] Em outro aspecto, a presente divulgação fornece adicionalmente um método para a preparação de uma liga resistente à oxidação e resistente ao calor, que compreende as seguintes etapas:

[021] Etapa 1: derreter carbono e os elementos inativos para obter um aço derretido depois de serem completamente derretidos;

[022] Etapa 2: aquecer o aço derretido e refinar;

[023] Etapa 3: adicionar uma terra rara mista;

[024] Etapa 4: adicionar uma escória; e

[025] Etapa 5: introduzir um gás inerte em um canal de fundição, colocar elementos ativos como alumínio, háfnio, titânio, zircônio e ítrio no canal de fundição, aquecer, despejar o aço derretido no canal de fundição e introduzir o aço derretido em uma tina de fusão para fundição.

[026] Opcionalmente, uma temperatura do refino na etapa 2 não é menor do que 1.640 °C.

[027] Opcionalmente, a parte do carbono é adicionada em primeiro lugar na etapa 1, e o carbono restante é adicionado então na etapa 2 quando o aço derretido foi aquecido a nada menos do que 1.640 °C.

[028] Opcionalmente, a quantidade de adição da terra rara mista é 0,05% a 0,25% da massa do aço derretido.

[029] Opcionalmente, a escória contém CaO.

[030] Opcionalmente, o gás inerte é argônio, a pressão do argônio é de 0,15 a 0,3MPa, e a taxa de fluxo é de 1 a 5L/min.

[031] Opcionalmente, o método compreende adicionalmente a fundição após a etapa 5, e a velocidade desde o vazamento de aço até a conclusão da fundição é de 60 a 100kg/minuto.

[032] Os efeitos vantajosos da presente divulgação são os seguintes:

[033] (1) A presente divulgação, ao adicionar uma quantidade adequada de elemento Al, garante a formação da película de Al2O3, e a soldabilidade e a propriedade mecânica podem ser obtidas simultaneamente; adicionando uma quantidade adequada de elemento C, garante o carboneto precipitante que é usado para fortalecer a liga; adicionando uma quantidade adequada de elemento Cr, facilita a formação de película de Al2O3 em um baixo teor de alumínio e formando carboneto que é usado para fortalecer a liga; adicionando uma quantidade adequada de elemento Zr, fortalece o contorno de grão, para melhorar a propriedade mecânica; e adicionando uma quantidade adequada de elemento Ti ou V, afina o carboneto, para melhorar a propriedade de deformação da liga.

[034] (2) A presente divulgação, ao ajustar de forma abrangente o teor de Ni e o teor de Al, reduz a formação da fase Ni3Al, para permitir que a liga ainda tenha uma boa dureza quando o teor de Al estiver acima de 4%.

[035] (3) A presente divulgação, ao adicionar Hf, e pela função combinada de

Hf e Y, quando o teor de Y está abaixo de 0,06%, ainda pode otimizar a morfologia e a composição química do óxido e aliviar o grau de oxidação interna, para permitir que a película de oxidação formado na superfície da liga seja contínuo e compacto, para melhorar a coesão entre a película de oxidação e a matriz, e por sua vez melhoram significativamente a resistência à oxidação de alta temperatura da liga.

[036] (4) A presente divulgação, ao adicionar W e controlar o teor de W, melhora a resistibilidade à alta temperatura da liga, e prolonga a vida útil.

[037] (5) É muito difícil melhorar a propriedade da liga acima de 1.050 °C, especialmente a propriedade quando se aproxima dos 1.200 °C, e cada vez que a temperatura for melhorada em 20 °C ou 50 °C, o aumento dessa dificuldade será de ordem exponencial, que absolutamente não pode ser obtido ou realizado por experimentação limitada ou de acordo com a escolha convencional. De fato, a presente divulgação ajusta a composição e os teores do elemento através de uma alta quantidade de experimentação, para permitir que a liga forme uma película de Al2O3 estável no ambiente de alta temperatura de 1.100 a 1.200 °C. A liga tem uma excelente resistência à oxidação, uma boa resistibilidade à alta temperatura e um bom desempenho de soldagem, e seu desempenho abrangente é superior à liga resistente ao calor contendo alumínio convencional.

[038] (6) O método de preparação fornecido pela presente divulgação, ao adicionar o carbono em diferentes bateladas, realiza desoxidação e desnitrificação multi-tempo e profunda, através do mesmo reduzindo efetivamente o teor de N e O na liga, e, por sua vez, melhorando a propriedade da liga.

[039] (7) A presente divulgação, ao adicionar a terra rara mista múltiplas vezes em vez de adicionar tudo de uma vez, reduz a oxidação e a perda de queima da terra rara, para garantir que a terra rara possa ser efetivamente adicionada ; e controlando a quantidade de adição da terra rara mista, pode garantir um bom efeito de dessulfurização, e impedir que os elementos de terra rara que permaneceram no aço derretido formem uma fase de ponto de baixa fusão com

Ni, e afetam a propriedade mecânica de alta temperatura da liga.

[040] (8) A presente divulgação, ao selecionar o tipo de escória de cobertura e controlar a quantidade de adição da escória de cobertura, adsorve e capta os óxidos, nitretos, sulfetos e inclusões flutuantes, através dos mesmos obtendo um aço derretido de alta limpeza.

[041] (9) A presente divulgação, ao controlar a temperatura de refino para não ser menor do 1.640 °C, permite que a reação química da geração de CO pela reação de substituição entre carbono e as inclusões de óxido no aço derretido seja mais facilmente realizada, para obter um melhor efeito purificador.

[042] (10) A presente divulgação, ao ajustar as etapas do processo e os parâmetros do processo, permite que o teor de N na liga que é preparado pelo método de preparação da presente divulgação fique abaixo de 0,05%, o teor de O abaixo de 0,003%, o teor de S abaixo de 0,003%, e o teor de Si abaixo de 0,5%.

[043] Na presente divulgação, as soluções técnicas acima podem ser intercombinadas, para realizar soluções combinadas mais preferíveis. As outras características e vantagens da presente divulgação serão descritas abaixo na descrição, e a parte das vantagens pode se tornar aparente a partir da descrição, ou torna-se evidente na implementação da presente divulgação. Os objetos e outras vantagens da presente divulgação podem ser implementados e obtidos a partir dos teores que são particularmente apontados na descrição e nas reivindicações.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[044] Os desenhos são meramente para o propósito de ilustrar as modalidades particulares, e não são considerados como limitação para a presente divulgação. Ao longo dos desenhos, os mesmos sinais de referência denotam os mesmos elementos.

[045] A figura 1 é a curva de ganho de peso de oxidação cíclica a 1.100 °C das ligas das modalidades da presente divulgação e do material comparativo de liga nº 8;

[046] A figura 2 é a curva de descascamento de oxidação cíclica a 1.100 °C das ligas das modalidades da presente divulgação e do material comparativo de liga nº 9;

[047] A figura 3 é a curva de descascamento de oxidação cíclica a 1.150 °C das ligas das modalidades da presente divulgação e do material comparativo de liga nº 9;

[048] A figura 4 é a curva de descascamento de oxidação cíclica a 1.200 °C das ligas das modalidades da presente divulgação e do material comparativo de liga nº 9;

[049] A figura 5 é a fotografia de microscópio eletrônico de varredura da película de oxidação da superfície da liga nº 3 de uma modalidade da presente divulgação após oxidação cíclica a 1.200 °C por 100h;

[050] A figura 6 é a fotografia de microscópio eletrônico de varredura da película de oxidação da superfície da liga comparativa nº 9 após a oxidação cíclica a

1.200 °C por 100h;

[051] A figura 7 é a seção da fotografia de microscópio eletrônico de varredura da película de oxidação da liga nº 3 de uma modalidade da presente divulgação após a oxidação cíclica a 1.200 °C por 100h; e

[052] A figura 8 é a seção da fotografia de microscópio eletrônico de varredura da película de oxidação da liga comparativa nº 9 após a oxidação cíclica a 1.200 °C por 100h.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[053] As modalidades preferenciais da presente divulgação serão particularmente descritas abaixo com referências aos desenhos. Os desenhos formam uma porção da presente divulgação, são para explicar o princípio da presente divulgação juntamente com as modalidades da presente divulgação, e não se destinam a limitar o escopo da presente divulgação.

[054] Na presente divulgação, salvo indicação em contrário, todos os teores referem-se a teores de porcentagem de massa. As funções dos elementos na liga resistente à oxidação e resistente ao calor de alta temperatura à base de ferro-níquel da presente divulgação são descritas em detalhes da seguinte forma:

[055] Ni: O Ni pode estabilizar a estrutura austenita, e expandir regiões de fase austenita, para permitir que a liga tenha alta força e correspondência de plástico, e garantir que a liga tenha boa resistibilidade à alta temperatura e resistência à deformação. No entanto, um teor de Ni muito alto afeta a solubilidade de nitrogênio na matriz, agrava a tendência de precipitação dos nitretos na liga, e afeta a força de deformação da liga. Ademais, o Ni de um teor muito alto facilmente forma a fase de Ni3Al com o Al na liga. E a fase de Ni3Al afeta a dureza e a propriedade de usinagem da liga. Se o teor de Ni estiver acima de 60%, mesmo que o teor de Al seja controlado para estar abaixo de 4%, a fase de Ni3Al será formada, o que afeta a dureza e propriedade de usinagem da liga. Ademais, o elemento Ni tem um alto custo, e um teor muito alto afetará o custo de preparação da liga. Portanto, o teor do Ni no material da presente divulgação é controlado para ser de 30% a 50%, preferencialmente 34% a 46%.

[056] Al: O Al é um elemento indispensável para a formação de uma película de Al2O3 de alta estabilidade na superfície quando a liga é oxidada em alta temperatura. No entanto, se o teor de elemento Al é muito alto, ele facilmente forma com o Ni um composto intermetálico de fase de Ni3Al, e a fase de Ni3Al pode melhorar a força da liga, e é adversa à dureza e à usinabilidade. Quando a temperatura está acima de 1.000 °C, a fase de Ni3Al é redissolvida e desaparece, por isso não é benéfica para a resistibilidade à alta temperatura e a vida útil da liga. Em temperatura médias e baixas, a existência do Ni3Al melhor a força da liga, mas a melhoria das forças de temperatura ambiente ou média-baixa temperatura não é benéfica para o serviço da liga, e o declínio da dureza da temperatura ambiente e o declínio da usinabilidade afetarão seriamente o custo de fundição e processamento dos componentes. Portanto, para a presente divulgação, é necessário, ajustando e controlando conjuntamente o teor de Ni e o teor de Al, evitar a formação da fase de Ni3Al. Como o teor de Ni na presente divulgação não é alto, quando o teor de Al está acima de 4%, a fase de Ni 3Al ainda não foi formada. Ao mesmo tempo, a fim de formar uma película de Al2O3 estável em temperaturas mais altas, o teor do Al na presente divulgação é controlado para ser de 2,5% a 6%, preferencialmente 3,3% a 5,5%.

[057] Cr: na presente divulgação, a adição de Cr pode reduzir o valor crítico da quantidade de Al para a formação de uma película de Al2O3, e a adição de Cr permite que a quantidade de Al para a formação de uma camada de película de Al2O3 na superfície da liga diminua, através do mesmo facilitando a formação da camada de proteção de Al2O3. Ademais, o Cr é um elemento para a formação de carbonetos, e a formação de carbonetos melhora a resistibilidade à alta temperatura da liga. No entanto, o Cr é um elemento forte para a formação de ferritas, e uma quantidade de adição muito alta prejudica a estabilidade da fase austenita, que é adversa à resistibilidade à alta temperatura da liga. Portanto, o teor de Cr na presente divulgação deve ser controlado para ser de 24% a 30%.

[058] C: O C é um elemento para a formação de carbonetos, e forma fases de carboneto na liga da presente divulgação. E as fases de carboneto têm a função de reforço da dispersão. Se o teor de carbono for baixo, a quantidade das fases de carboneto é baixa, o que afeta o efeito do reforço. Se o teor de carbono é muito alto, a quantidade das fases de carboneto é muito alta, o que é adverso à dureza da liga. Portanto, o teor do C no material da presente divulgação é controlado para ser de 0,3% a 0,55%.

[059] W: O W pode se dissolver como um sólido na matriz de liga para ter a função de reforço de solução sólida e formar carbonetos para ter a função de reforço da dispersão, o que pode melhorar efetivamente a resistibilidade à alta temperatura da liga. No entanto, um teor de W muito alto afetará a dureza da liga. Portanto, o teor de W na presente divulgação é controlado para ser de 2% a 8%, preferencialmente 3% a 6%.

[060] Ti e V: O Ti e V podem mudar a morfologia dos carbonetos de contornos de grão, e afinar os carbonetos, para permitir que eles sejam uniformemente dispersos e distribuídos, através dos mesmos melhorando a força de deformação de alta temperatura da liga. Um teor muito alto é adverso à morfologia dos carbonetos, e facilmente forma uma fase de Ni3 (Al, Ti), que afeta a dureza da liga. Portanto, o teor do Ti na presente divulgação deve ser controlado para ser de 0,01% a 0,2%, e o teor do V deve ser controlado para ser de 0,01% a 0,2%.

[061] Zr: O Zr segrega até o contorno de grão, e tem a função de reforço do contorno de grão. No entanto, um teor muito alto forma facilmente uma fase de ponto de derretimento baixo de Ni5Zr, que afeta a propriedade de alta temperatura da liga. Portanto, o teor do Zr no material da presente divulgação deve ser controlado para ser de 0,01% a 0,2%.

[062] O Hf e Y: na presente divulgação, a adição de uma quantidade adequada dos elementos Hf e Y pode influenciar a morfologia e a composição química dos óxidos e o grau de oxidação interna, melhorar a força adesiva da película de oxidação, e melhorar significativamente a resistência à oxidação de alta temperatura da liga. Quando eles funcionam conjuntamente, o efeito é melhor. Como o elemento de terra rara Y é muito ativo, na fusão sem vácuo da liga, o Y é facilmente vulnerável à perda de queima ou oxidação, seu teor é difícil de controlar efetivamente na engenharia, e a estabilidade do serviço não pode ser garantida. Além do mais, o Hf é relativamente estável, e seu teor é facilmente controlado na fusão. Além disso, o Hf pode melhorar significativamente a força adesiva da película de oxidação em ambientes de alta temperatura acima de

1.000 °C. No entanto, se os teores de Hf e de Y são muito altos, em um aspecto, que aumenta o custo do material e, em outro aspecto, Hf e Y formam facilmente com o Ni uma fase de ponto de derretimento baixo, que afeta a propriedade mecânica de alta temperatura da liga. Portanto, quando o material da presente divulgação é adicionado conjuntamente a Hf e Y, o teor do Hf é controlado para ser de 0,01% a 0,4%, e o teor do Y é controlado para ser de 0,01% a 0,2%.

[063] Si: O Si é facilmente trazido para a liga pelas matérias-primas como ferrocromônio, e Si facilita a precipitação da fase de σ deletéria, que reduz a vida útil da liga. Portanto, o teor do Si deve ser estritamente controlado, e a presente divulgação alcança o propósito de controlar o teor de Si na liga, selecionando preferencialmente as matérias-primas. O teor do Si na presente divulgação é controlado para ficar abaixo de 0,5%.

[064] O e N: como as composições da liga da presente divulgação incluem elementos ativos como Al, Hf, Y, Zr e Ti, se os teores de O e de N são altos, as inclusões como óxidos e nitretos são facilmente formados, o que prejudica a dureza da liga, e consome os elementos úteis como Al e Hf, que afeta a formação da película de óxido de alumínio. Portanto, o teor de O e de N deve ser controlado para ser baixo para a maior extensão. O teor do O na liga da presente divulgação é controlado para ficar abaixo de 0,003%, e o teor do N é controlado para ficar abaixo de 0,05%.

[065] S: O S segrega-se ao contorno de grão, o que destrói a continuidade e estabilidade do contorno de grão, reduz significativamente propriedade de deformação a longo prazo e a plasticidade da tração da liga, prejudica a aderência da película de oxidação da superfície, causa facilmente o descascamento da película de oxidação e reduz a resistência à oxidação da liga. Portanto, o teor do S deve ser controlado para ser baixo para a maior extensão, e o teor do S na liga da presente divulgação é controlado para ficar abaixo de 0,003%.

[066] A presente divulgação fornece uma liga resistente à oxidação e resistente ao calor, sendo que a liga resistente à oxidação e resistente ao calor compreende, em porcentagem em massa: 2,5% a 6% de Al, 24% a 30% de Cr, 0,3% a 0,55% de C, 30% a 50% de Ni, 2% a 8% de W, 0,01% a 0,2% de Ti, 0,01% a 0,2% de Zr, 0,01% a 0,4% de Hf, 0,01% a 0,2% de Y e 0,01% a 0,2% de V, N<0.05%, O<0.003%, S<0.003% e Si<0.5%, sendo que o saldo é Fe e impurezas inevitáveis; em que apenas um dentre Ti e V é compreendido.

[067] Em comparação com a técnica anterior, a presente divulgação, ao ajustar as composições da liga e as quantidades de adição, permite que a liga tenha uma excelente resistência à oxidação, uma boa resistibilidade à alta temperatura e uma boa soldabilidade.

[068] Especificamente, os efeitos vantajosos da liga resistente à oxidação e resistente ao calor da presente divulgação são conforme os seguintes:

[069] (1) A presente divulgação, ao adicionar uma quantidade adequada de elemento Al, garante a formação da película de Al2O3, e a soldabilidade e a propriedade mecânica podem ser obtidas simultaneamente; adicionando uma quantidade adequada de elemento C, garante o carboneto precipitante que é usado para fortalecer a liga; adicionando uma quantidade adequada de elemento Cr, facilita a formação de película de Al2O3 em um baixo teor de alumínio e formando carboneto que é usado para fortalecer a liga; adicionando uma quantidade adequada de elemento Zr, fortalece o contorno de grão, para melhorar a propriedade mecânica; e adicionando uma quantidade adequada de elemento Ti ou V, afina o carboneto, para melhorar a propriedade de deformação da liga.

[070] (2) A presente divulgação, ao ajustar de forma abrangente o teor de Ni e o teor de Al, reduz a formação da fase Ni3Al, para permitir que a liga ainda tenha uma boa dureza quando o teor de Al estiver acima de 4%.

[071] (3) A presente divulgação, ao adicionar Hf, e pela função combinada de Hf e Y, quando o teor de Y está abaixo de 0,06%, ainda pode melhorar a morfologia e a composição química do óxido e o grau de oxidação interna, para permitir que a película de oxidação formado na superfície da liga seja contínuo e compacto, para melhorar a coesão entre a película de oxidação e a matriz e, por sua vez, melhoram significativamente a resistência à oxidação de alta temperatura da liga.

[072] (4) A presente divulgação, ao adicionar W e controlar o teor de W, melhora a resistibilidade à alta temperatura da liga, e prolonga a vida útil.

[073] (5) é muito difícil melhorar a propriedade da liga acima de 1.050 °C, especialmente a propriedade quando se aproxima dos 1.200 °C, e cada vez que a temperatura for melhorada em 20 °C ou 50 °C, o aumento dessa dificuldade será de ordem exponencial, que absolutamente não pode ser obtido ou realizado por experimentação limitada ou de acordo com a escolha convencional. De fato, a presente divulgação ajusta a composição e os teores dos elementos através de uma alta quantidade de experimentação, para permitir que a liga forme uma película de Al2O3 estável no ambiente de alta temperatura de 1.100 a 1.200 °C. A liga tem uma excelente resistência à oxidação, uma boa força de alta temperatura e um bom desempenho de soldagem, e seu desempenho abrangente é superior à liga resistente ao calor contendo alumínio convencional.

[074] Exemplarmente, a composição e as porcentagens de massa da liga da presente divulgação também podem ser de 4,5% a 5,5% de Al, 34% a 46% de Ni, 3% a 6% de W e 0,01% a 0,06% de Y.

[075] O método para preparação de uma liga resistente à oxidação e resistente ao calor da presente divulgação varia de acordo com o uso, e se usado para componentes de alta temperatura usados no campo aeroespacial, deve empregar o derretimento e fundição por indução a vácuo, e compreende as etapas seguintes:

[076] 1. materiais de preparação: selecionar o níquel eletrolítico, alumínio metálico, cromo metálico (ou ferrocromônio), ferro puro, tungstênio metálico, grafite, esponja háfnio, esponja titânio, esponja zircônio e ítrio metálico como as matérias-primas, e pesando-as na proporção a serem utilizadas.

[077] 2. materiais de adição: colocar o níquel eletrolítico, o cromo metálico (ou ferrocromônio), o ferro puro e o tungstênio metálico no cadinho, e adicionar os outros elementos de um funil.

[078] 3. fusão: fundir em um forno de derretimento de vácuo de indução de frequência intermediária.

[079] Fornecer energia com uma pequena potência por 10 minutos para desidrogenar, então fornecer energia com uma grande potência para derreter completamente, e começar a refinar, sendo que a temperatura de refino é de

1.530 a 1.580 °C, o período de refinação é definido de acordo com a quantidade do aço derretido, e é controlado para ser de 10 a 60 minutos, e durante o refinamento o grau de vácuo deve ser inferior a 5Pa.

[080] 4. fundição: depois de derreter completamente, agitar com uma grande potência por 1 a 2 minutos, e derramar quando a temperatura do aço derretido estiver controlada para ser de 1.450 a 1.580 °C.

[081] Prepara a liga da presente divulgação usando o método de derretimento por indução a vácuo acima pode controlar com precisão elementos ativos como Al e Y, e pode reduzir elementos nocivos como O, N e S a um nível muito baixo. No entanto, o método de preparação tem um alto custo, e os componentes que são feitos são limitados pelos fornos a vácuo atuais. Portanto, a fundição a vácuo só é adequada para a fundição de precisão de fundições aeroespaciais.

[082] Se o método é usado para os tubos de forno de quebra de etileno do campo da petroquímica, pois o comprimento de um único tubo de forno pode atingir vários metros, se tanto a fusão quanto a fundição centrífuga são realizadas no vácuo, é difícil de implementar devido à condição do equipamento, e o custo é muito alto. Portanto, a fusão e a fundição centrífuga só podem ser realizadas em ambientes não vácuo, mas como as matérias-primas para a preparação da liga da presente divulgação tem altos teores dos elementos ativos, é muito difícil preparar a liga qualificada em condições não vácuo.

[083] A presente divulgação fornece adicionalmente um método para preparar a liga resistente à oxidação e resistente ao calor em uma condição não vácuo, que compreende as seguintes etapas:

[084] Etapa 1: derreter carbono e os elementos inativos para obter um aço derretido depois de serem completamente derretidos;

[085] Etapa 2: aquecer o aço derretido para nada menos do que 1.640 °C para realizar o refinamento;

[086] Etapa 3: adicionar uma terra rara mista;

[087] Etapa 4: adicionar uma escória; e

[088] Etapa 5: colocar os elementos ativos como alumínio, háfnio, titânio, zircônio e ítrio no canal de fundição, introduzir um gás inerte em um canal de fundição, e quando a temperatura do aço derretido subiu para 1650-1750 °C, despejando o aço derretido no canal de fundição, e introduzindo o aço derretido em uma tina de fusão para realizar a fundição centrífuga.

[089] Em comparação com a técnica anterior, os efeitos vantajosos do método para preparar a liga resistente à oxidação e resistente ao calor que é fornecida pela presente divulgação são os seguintes:

[090] (1) Adicionando o carbono em diferentes bateladas, o método realiza desoxidação e desnitrificação multi-tempo e profunda, através do mesmo reduzindo efetivamente o teor de N e O na liga, e, por sua vez, melhorando a propriedade da liga.

[091] (2) A presente divulgação, ao adicionar a terra rara mista múltiplas vezes em vez de adicionar tudo de uma vez, reduz a oxidação e a perda de queima da terra rara, para garantir que a terra rara possa ser efetivamente adicionada ; e controlando a quantidade de adição da terra rara mista, pode garantir um bom efeito de dessulfurização, e impedir que os elementos de terra rara que permaneceram no aço derretido formem uma fase de ponto de baixa fusão com Ni, e afetam a propriedade mecânica de alta temperatura da liga.

[092] (3) A presente divulgação, ao selecionar o tipo de escória de cobertura e controlar a quantidade de adição da escória de cobertura, adsorve e capta os óxidos, nitretos, sulfetos e inclusões flutuantes, através dos mesmos obtendo um aço derretido de alta limpeza.

[093] (4) A presente divulgação, ao controlar a temperatura de refino para não ser menor do 1.640 °C, permite que a reação química da geração de CO pela reação de substituição entre carbono e as inclusões de óxido no aço derretido seja mais facilmente realizada, para obter um melhor efeito purificador.

[094] (5) A presente divulgação, ao ajustar as etapas do processo e os parâmetros do processo, permite que o teor de N na liga que é preparado pelo método de preparação da presente divulgação fique abaixo de 0,05%, o teor de O abaixo de 0,003%, o teor de S abaixo de 0,003%, e o teor de Si abaixo de 0,5%.

[095] Especificamente, reagindo ao carbono e ao O no aço derretido para gerar gás CO, o método, em um aspecto, pode desoxidar, em outro aspecto, realiza a denitrificação portadora de bolhas de ar usando o CO formado. Reagindo a terra rara mista e o O e S livres no aço derretido para gerar óxidos ou sulfetos, o método pode dessulfurizar e desoxidar adicionalmente.

[096] Considerando que elementos como alumínio, háfnio, titânio, zircônio e ítrio são muito ativos, se forem diretamente derretidos, realizam reações químicas com o oxigênio no ar para gerar os óxidos, para consumir os elementos de liga. Portanto, no método de preparação, os elementos ativos não são diretamente derretidos. Em vez disso, os elementos ativos são colocados em um canal de fundição tendo proteção de gás inerte, o aço derretido obtido após o derretimento dos elementos inativos é despejado sobre os elementos ativos, os elementos ativos são derretidos usando o grau de superaquecimento do aço derretido, e os elementos ativos são homogeneizados no canal de fundição usando a energia cinética do vazamento de aço. O processo acima pode reduzir efetivamente a oxidação dos elementos ativos, através do mesmo protegendo efetivamente os elementos de liga de serem consumidos.

[097] A fim de reduzir os teores de N e O no aço derretido para a maior extensão, no método de preparação da presente divulgação, o carbono é adicionado de forma gradual. Isso porque, a fusão é realizada no ar, e no processo da fusão, o oxigênio entra continuamente no aço derretido. No método de preparação, a parte do carbono é adicionada em primeiro lugar para realizar preliminarmente a desoxidação e denitrificação, o carbono restante é então adicionado quando o aço derretido foi aquecido a nada menos do que 1.640 °C, e usando-o a altas temperaturas a energia livre de CO é menor do que as de óxidos como NiO, Fe2O3 e Cr2O3, o oxigênio que pode existir nos óxidos é substituído, para realizar desoxidação profunda, e para proteger os elementos de liga de serem consumidos. Ademais, se muito carbono for adicionado uma vez, a perda de fogo e queima acontece facilmente, o que resulta em que o carbono não pode efetivamente entrar no aço derretido, para afetar o efeito da desoxidação e denitrificação.

[098] No método de preparação, a temperatura de despejamento varia de acordo com a fundição. Exemplarmente, na fundição de um tubo de centrífuga, altas temperaturas de despejamento são a fim de garantir que o aço derretido tenha uma fluidez suficiente para facilitar a formação do tubo centrífuga. Se o tubo centrífuga for mais fino, a temperatura de despejamento deve ser maior, e se a temperatura for mais alta, a fluidez do aço derretido é melhor, mas os elementos no aço derretido são mais fáceis de serem perdidos em chamas. Portanto, considerando de forma abrangente a fluidez do aço derretido e a perda em chamas dos elementos, na fundição do tubo centrífuga a temperatura é selecionada para ser de 1.650 a 1.750 °C.

[099] A fim de evitar a reação entre o aço derretido (a liga derretida) e o cadinho na subsequente desoxidação de fusão de alta temperatura, no método de preparação, o cadinho é feito a partir de óxido de alumínio, que tem uma boa estabilidade de alta temperatura.

[100] Deve-se notar que, a fim de adsorver e capturar os óxidos, nitretos e sulfetos flutuantes, no método de preparação da presente divulgação, uma escória de cobertura que contém CaO é adicionada na superfície do aço derretido, que, em um aspecto, dessulfuriza adicionalmente usando o CaO, para remover adicionalmente o oxigênio, nitrogênio e enxofre, e em outro aspecto, também pode efetivamente remover inclusões, através do mesmo obtendo um aço derretido de alta limpeza.

[101] Especificamente, o CaO e o S reagem para realizar a dessulfurização em estágio inicial, sendo que a equação de reação é: CaO+[S]=CaS+[O], e o processo de reação é: em primeiro lugar, a reação de dessulfurização acontece na superfície, a dessulfurização gera CaS, que cobre a superfície do CaO, depois que o CaS reveste completamente o pó de CaO, a camada do produto se difunde interiormente para a reação de dessulfurização, e gradualmente engrossa a camada de CaS na superfície do CaO, e a reação de dessulfurização de difusão gradualmente desacelera, até terminar.

[102] Considerando que se a quantidade de adição da escória for muito pequena, ela não pode cobrir completamente a superfície do aço derretido, e se a quantidade de adição for demais, isso causa desperdício e aumenta o custo, no método de preparação da presente divulgação, a quantidade de adição da escória é controlada para ser de 3% a 5% da massa do aço derretido, o que permite que a escória remova bem mais o oxigênio, nitrogênio e enxofre, e remova efetivamente as inclusões, através da mesma obtendo um aço derretido de alta limpeza.

[103] A terra rara mista que é usada no método de preparação da presente divulgação é a mistura dos elementos de terras raras La e Ce, a quantidade de adição da qual é de 0,05% a 0,25% da massa do aço derretido. Isso porque, se a quantidade de adição da terra rara mista for muito pequena, a quantidade de reações químicas que são envolvidas na dessulfurização é pequena, obtendo um efeito de dessulfurização insatisfatório, e se a quantidade de adição for demais, os elementos de terra rara restantes no aço derretido formam facilmente uma fase de ponto de baixo derretimento com Ni, que afeta a propriedade mecânica de alta temperatura da liga. No método de preparação, a quantidade de adição da terra rara mista é selecionada para ser de 0,05% a 0,25% da massa do aço derretido, o que pode garantir um bom efeito de dessulfurização, e impedir que os elementos de terra rara restantes no aço derretido formem uma fase de ponto de baixo derretimento com Ni, o que afeta a propriedade mecânica de alta temperatura da liga.

[104] No método de preparação, introduzir argônio fluindo para a superfície superior do canal de fundição forma uma cortina de argônio para proteger o aço derretido contendo os elementos facilmente oxidados, para desacelerar sua oxidação. Especificamente, a pressão do argônio é selecionada para ser de 0,15 a 0,3 MPa, e a taxa de fluxo é selecionada para ser de 1 a 5L/min. Isso porque, se a pressão do argônio for muito pequena, não pode efetivamente formar uma cortina de argônio para isolar o ar, para evitar a oxidação do aço derretido, e se a pressão do argônio for muito grande, isso facilmente causa desperdício, aumenta o custo de produção e coloca em risco a segurança das equipes de operação. Na presente divulgação, após a obtenção do aço derretido de composição qualidade usando o método acima, o processo de fundição centrífuga é o seguinte: O aço derretido com a composição qualificada, um grau adequado de superaquecimento e um peso adequado na tina de fusão é rapidamente fundida em um molde de metal que está rotacionando em alta velocidade, e o aço derretido é solidificado em um tubo de fundição centrífuga.

[105] Especificamente, a liga obtida usando o método de preparação da presente divulgação pode, além de ser usada para fundir tubos centrífugas, também ser usada para fundir outras fundições que são necessárias para servir em altas temperaturas, especialmente fundições que são necessárias para servir em ambientes severos de 1100-1200 °C altas temperaturas e alta oxidabilidade.

[106] Considerando que a composição da liga inclui uma grande quantidade de elementos ativos, a fim de evitar a perda de queima de oxidação dos elementos ativos, todo o processo de operação do vazamento de aço é solicitado para ser muito rápido. Particularmente, a velocidade desde o vazamento de aço até a conclusão da fundição é controlada para ser de 60 a 100 kg/minuto.

[107] A composição química e os teores dos elementos das modalidades da presente divulgação podem ser vistos na Tabela 1, os parâmetros de processo dos métodos de preparação podem ser vistos na Tabela 2, as quantidades de descascamento das ligas após a oxidação em diferentes temperaturas por 100h podem ser vistas na Tabela 3, os teores dos óxidos de alumínio nas películas de oxidação das ligas formadas após a oxidação cíclica de alta temperatura em diferentes temperaturas podem ser vistos na Tabela 4, e as vidas úteis das ligas em 1.100 °C/17MPa podem ser vistas na Tabela 5.

[108] A primeira modalidade corresponde a liga nº 1, a segunda modalidade corresponde a liga nº 2, e o resto pode ser deduzido em conformidade. A fim de facilitar a comparação, a liga nº 8 e a liga nº 9 são usadas como materiais comparativos da técnica anterior. Entre eles, a liga nº 8 liga é a superliga soldável GH3230, que tem a maior temperatura de serviço, e é amplamente usada para os componentes de alta temperatura das câmaras de motores aeroespaciais, e a liga nº 9 é a liga HTE, que é atualmente o melhor material para tubos de forno de quebra de etileno no campo da petroquímica.

[109] As ligas resistentes à oxidação e resistentes ao calor da primeira à sétima modalidade são preparadas usando o seguinte método:

[110] Etapa 1: pesar as matérias-primas;

[111] Etapa 2: colocar o níquel eletrolítico, o ferro puro e parte do grafite no cadinho de um forno de fusão de frequência intermediária de não vácuo que tenha função de fundição de ponto fixo, e obter um aço derretido após ser completamente derretido;

[112] Etapa 3: aquecer o aço derretido até a temperatura de refino e adicionar o grafite restante;

[113] Etapa 4: adicionar uma certa quantidade da terra rara mista;

[114] Etapa 5: adicionar uma certa quantidade da escória contendo CaO;

[115] Etapa 6: introduzir argônio fluindo para a superfície superior do canal de fundição, colocar os elementos ativos como alumínio metálico, esponja háfnio, esponja titânio, esponja zircônio e ítrio metálico no canal de fundição, e quando a composição química do aço derretido na Etapa 2 estiver qualificada e a temperatura do aço derretido subir até a temperatura de despejo, fundir o aço derretido no canal de fundição da abertura no topo do canal de fundição e introduzir o aço derretido na tina de fusão da abertura na parte inferior do canal de fundição para a fundição centrífuga; e

[116] (7) fundindo o tubo de centrífuga: rapidamente fundir o aço derretido na tina de fusão em um molde de metal que está rotacionando em alta velocidade, para fazer um tubo de centrífuga experimental. TABELA 1 AS MATÉRIAS-PRIMAS DE PREPARAÇÃO E OS TEORES DOS

ELEMENTOS DA PRIMEIRA À SÉTIMA MODALIDADE

N Liga Al Cr C W Ti Hf Zr Y V O N S Si Fe i 4, 0,3 3 4, 0,0 0,0 0,0 0,1 0,00 0,03 0,00 1 25 - 0,4 saldo 5 2 2 5 5 5 5 5 1 5 1 2 4, 28 0,4 3 5 0,1 0,1 0,0 0,0 - 0,00 0,03 0,00 0,4 saldo

3, 0,4 4 5, 0,1 0,0 0,0 0,0 0,00 0,03 0,00 0,3 3 26 - saldo 7 3 4 7 1 5 5 5 1 8 2 3 3, 0,3 4 0,1 0,3 0,0 0,0 0,00 0,03 0,00 4 28 5 - 0,4 saldo 8 5 6 8 9 5 1 1 8 1 2, 0,4 4 7, 0,1 0,0 0,1 0,0 0,00 0,00 0,00 5 27 - 0,2 saldo 9 1 9 8 5 3 8 1 1 2 1 2, 4 0,1 0,0 0,00 0,00 0,1 4 27 0,4 2 - 0,1 0,1 0,03 saldo 5 5 9 9 1 1 6 5, 29, 3 3, 0,0 0,0 0,0 0,00 0,00 7 0,5 - 0,2 0,03 0,3 saldo 9 5 5 1 5 4 2 1 1 TABELA 2 PARÂMETROS DE PROCESSO DAS MODALIDADES DA

PRESENTE DIVULGAÇÃO Quanti dade Quanti Taxa Número de dade de Temperat Pressão Velocidad de série Temperat adição de fluxo ura de de e da da ura de de adição de despejo/ argônio/M fundição/k modalid refino/ °C terra de argôn °C Pa g/min ade rara escóri io/L/ mista/ a/% min % 1a2 1.640 0,15 4 1.750 0,25 5 80 3a5 1.680 0,25 3 1.650 0,15 1 100 6a7 1.660 0,05 5 1.700 0,3 3,5 60

[117] Sob as mesmas condições de experimentação, as quantidades de descascamento após a oxidação em diferentes temperaturas por 100h das ligas das modalidades da presente divulgação e as duas ligas na técnica anterior são medidas individualmente, dos quais os resultados do experimento estão listados na Tabela 3. O estado de integridade das películas de oxidação após a oxidação em deferentes temperaturas por 100h estão listados na Tabela 4, as propriedades de resistência de alta temperatura estão listadas na Tabela 5, e os alongamentos de tração de alta temperatura das ligas das modalidades da presente divulgação estão listados na Tabela 6. TABELA 3 AS QUANTIDADES DE DESCASCAMENTO DAS LIGAS DAS

MODALIDADES DA PRESENTE DIVULGAÇÃO E OS MATERIAIS

COMPARATIVOS APÓS A OXIDAÇÃO EM DIFERENTES TEMPERATURAS POR 100H (mg/cm2) Temperatura de teste/ °C liga nº 3 liga nº 9

1.000 0,04 0,07

1.050 0,035 0,10

1.100 0,024 0,26

1.150 0,064 0,35

1.200 0,077 2,09 TABELA 4 AS RAZÕES DAS ÁREAS DOS ÓXIDOS DE ALUMÍNIO PARA AS

SUPERFÍCIES DAS LIGAS APÓS A OXIDAÇÃO EM DIFERENTES TEMPERATURAS POR 100H Temperatura de teste/ °C 1.100 1.150 1.200 liga nº 1 94% 91% 90% liga nº 2 95% 93% 93%

liga nº 3 96% 93% 92% liga nº 4 96% 93% 92% liga nº 5 94% 92% 91% liga nº 6 95% 94% 92% liga nº 7 96% 94% 93% liga nº 9 80% 70% 25% Nota: a liga nº 8 não pode formar uma película de óxido de alumínio na alta temperatura de 1.150 °C, então a tabela não tem os dados da liga nº 8.

TABELA 5 AS VIDAS ÚTEIS DAS LIGAS EM 1.100 °C/17MPA Liga 1 2 3 4 5 4 7 8 9 Vida útil/h 95 98 111 99 120 97 92 40 11, 27, 53 TABELA 6 OS ALONGAMENTOS DE TRAÇÃO DAS LIGAS DA PRESENTE DIVULGAÇÃO EM 1.000 °C Liga 1 2 3 4 5 4 7 Alongamento de tração/% 41 43 46 46 40 49 45

[118] Pode-se saber a partir da figura 1 que, conforme analisado em termos das velocidades de ganho de peso de oxidação, as resistências à oxidação a 1.100 °C dos materiais de liga das modalidades da presente divulgação são 2;5 a 4 vezes daquelas do material comparativo da técnica anterior da liga nº 8. Acima de 1.100 °C, a liga nº 8 não pode formar uma película de oxidação contínua e estável, e a oxidabilidade diminui drasticamente.

[119] Pode-se saber a partir da Tabela 3, Figura 2, Figura 3 e Figura 4 que, na faixa de temperatura de 1.000 a 1.200 °C, juntamente com o aumento da temperatura de oxidação, as amplitudes do aumento das quantidades de descascamento das ligas da presente divulgação são muito pequenas, o que indica que todas as ligas da presente divulgação têm uma excelente resistência à oxidação abaixo de 1.200 °C. No entanto, a resistência à oxidação do material comparativo da liga nº 9 rapidamente declina junto com o aumento da temperatura e, particularmente acima de 1.150 °C, a amplitude do declínio da resistência à oxidação é particularmente significativa, sendo que após a oxidação por 100h, a temperatura de oxidação aumente de 1.150 °C para 1.200 °C, e a quantidade de descascamento por oxidação aumenta em 5 vezes. Após a oxidação cíclica em 1.100 °C por 100h, a quantidade de descascamento por oxidação do material comparativo da técnica anterior da liga nº 9 é 5 a 10 vezes daqueles dos materiais de liga das modalidades da presente divulgação, e após a oxidação cíclica em 1.200 °C por 100h, a quantidade de descascamento por oxidação do material comparativo da técnica anterior da liga nº 9 liga é 27 vezes daqueles dos materiais de liga das modalidades da presente divulgação. Isso indica que as coesões entre a película de oxidação e a matriz das ligas das modalidades da presente divulgação são muito maiores do que a coesão entre a película de oxidação e a matriz da liga nº 9, e, se a temperatura for mais alta, a vantagem das ligas da presente divulgação é mais óbvia.

[120] Analisando adicionalmente os estados das películas de oxidação formados nas superfícies após a oxidação da liga, pode-se saber (consultar a Tabela 4, Figura 5 e Figura 6) que, nas ligas da presente divulgação, após a oxidação em ambientes de alta temperatura abaixo de 1.200 °C por 100h, o óxido de alumínio é responsável por mais de 90% das películas de oxidação nas superfícies das amostras, e as películas de oxidação são contínuos e compactos. Além do mais, juntamente com o aumento da temperatura, a película de óxido de alumínio não é substancialmente reduzido, e em 1.200 °C ainda se mantém acima de 90%. A estabilidade do óxido de alumínio em alta temperatura é muito boa, as películas de óxido de alumínio compactos podem proteger as matrizes de liga da oxidação adicional e, se usados em tubos de forno de quebra de etileno, as películas de óxido de alumínio podem ter boa função de resistência à carburação e função de resistência ao coque. No entanto, no material comparativo da técnica anterior da liga nº 9, o óxido de alumínio é responsável por 80% da película de oxidação formado após a oxidação em 1.100 °C por 100h. Após a temperatura de teste ser aumentada para 1.150 °C, o óxido de alumínio na película de oxidação diminui para 70%, e após a temperatura de teste ser adicionalmente aumentada para 1.200 °C, o óxido de alumínio na película de oxidação diminui drasticamente para 25%, juntamente com uma grande quantidade de descascamento da película de oxidação. Isso indica que, acima de 1.100 °C, a vantagem das resistências à oxidação das ligas da presente divulgação sobre aquelas dos materiais da técnica anterior aumenta gradualmente, e se a temperatura for mais alta, a vantagem é maior. Na figura 5 e na figura 6, as áreas brancas são as áreas de descascamento, as áreas pretas são as películas de óxido de alumínio, e as áreas cinza-branco são as películas de oxidação compostos.

[121] Observando adicionalmente as seções das películas de oxidação formas após a oxidação cíclica em 1.200 °C por 100h (consultar a figura 7 e a figura 8), verifica-se que, a película de oxidação formado pela liga da modalidade da presente divulgação é contínuo e compacto, aderem intimamente à matriz, tem uma interface de coerência regular, e tem uma espessura de película de oxidação de aproximadamente 6μm, enquanto a película de oxidação do material comparativo da técnica anterior da liga nº 9 é descontínuo e solto, tem uma coesão não compacta entre a película de oxidação residual e a matriz, tem uma interface de coerência irregular, tem descascamento óbvio, e tem uma espessura de camada de óxido residual de aproximadamente de 3μm. Ao comparar as duas películas de oxidação, o efeito de proteção da película de oxidação formado pelo material da presente divulgação para a matriz de liga é obviamente melhor do que o material comparativa da técnica anterior da liga nº

9.

[122] Conforme avaliado de acordo com o HB5258-2000 (Método Experimental para Medição da Resistência à Oxidação de Aço e Superligas), as temperaturas do nível de resistência à oxidação completa das ligas das modalidades da presente divulgação atingem 1.200 °C, enquanto a temperatura de nível de resistência à oxidação completa do material comparativa da técnica anterior nº 9 liga é de apenas 1.050 °C. As temperaturas de nível de resistência à oxidação completa das ligas são presente divulgação são mais altas em 150 °C do que as liga convencionais. Em relação ao campo da técnica das ligas, quando a temperatura está acima de 1.000 °C, principalmente acima de 1.100 °C, devido à estabilidade insatisfatória da película de oxidação e à coesão insatisfatória entre a matriz e a película de oxidação, as resistências à oxidação das ligas diminuem drasticamente. Por exemplo, para a liga nº 9, que tem uma resistência à oxidação muito excelente na técnica anterior, quando a temperatura de teste é aumentada de 1.150 °C para 1.200 °C, a proporção de óxido de alumínio na película de oxidação diminui de 70% para 25%, e a quantidade de descascamento da película de oxidação aumenta em 5 vezes. Em 1.050 °C, a liga nº 9 pertence ao nível de resistência à oxidação completa, em 1.100 °C que diminui para o nível de resistência à oxidação, e em 1.200 °C, que diminui ao nível de resistência à suboxidação. Uma pessoa versada na técnica sabe bem que é muito difícil melhorar as resistências à oxidação das ligas acima de 1.100 °C, e cada vez que a temperatura é melhorada em 20 °C ou 50 °C, o aumento de tal dificuldade será de ordem exponencial. No entanto, pode ser considerado um marco no campo das ligas resistentes à oxidação que a temperatura de nível de resistência à oxidação completa da liga da presente divulgação atinja 1.200 °C, o que é realizado por uma alta quantidade de experimentação para repetidamente ajustar os teores e composição da liga, e otimizar continuamente as etapas do processo e os parâmetros do processo.

[123] Pode-se saber a partir da Tabela 5 que, a vida útil em 1.100 °C/17MPa dos materiais de liga das modalidades da presente divulgação é 2,4 a 3 vezes daquela do material comparativa da técnica anterior da liga nº 8. O 11, 27 e 53 na Tabela 5 indicam que, as vidas úteis dos três tubos de liga nº 9 são diferentes entre si, e as diferenças entre as vidas úteis dos tubos de liga são grandes, o que indica que a estabilidade de qualidades da liga nº 9 é insatisfatório, e a diferença de propriedades dos diferentes tubos é grande, o que também indica que a qualidade geral da liga nº 9 é baixa. No entanto, as diferenças entre as vidas úteis dos tubos de liga múltipla da mesma modalidade da presente divulgação não excedem 3h, o que indica que a estabilidade de qualidade das ligas das modalidades da presente divulgação é boa, e a qualidade geral das ligas das modalidades da presente divulgação é boa. Consequentemente, pode ser visto que as propriedades mecânicas de alta temperatura dos materiais da presente divulgação são obviamente melhores do que aquelas da liga nº 8 e a liga nº 9, e a estabilidade de qualidade das ligas das modalidades da presente divulgação é melhor do que a liga nº 9.

[124] Pode-se saber a partir da Tabela 6 que, os alongamentos de tração em

1.000 °C das ligas da presente divulgação são de 40% a 50%, o que indica que, quando os teores de alumínio são altos, a dureza das ligas da presente divulgação ainda está boa.

[125] Em conclusão, a liga resistente à oxidação e resistente ao calor da presente divulgação tem as vantagens como temperatura de serviço elevada, resistência à oxidação de alta temperatura mais excelente, película de oxidação mais compacto formado, área de película de óxido de alumínio maior, e melhor propriedade mecânica de alta temperatura, e a liga resistente à oxidação e resistente ao calor da presente divulgação pode servir abaixo de 1.200 °C por um longo prazo e de forma estável, pode formar uma película de óxido de alumínio acima de 90% em atmosferas oxidantes em 1.000 a 1.200 °C, pertence ao nível de resistência à oxidação total abaixo de 1.200 °C de acordo com HB5258-2000, e é superior aos materiais soldáveis convencionais de alta temperatura.

[126] A liga da presente divulgação tem uma propriedade abrangente muito excelente e, além de ser capaz de ser usada para fundir tubos de forno de quebra de etileno, também pode ser usada para fundir outros fundidos que são necessários para servir em alta temperatura, especialmente fundidos que são necessários para servir em ambientes severos de 1.100 a 1.200 ° C, altas temperaturas e alta oxidabilidade.

[127] O acima são modalidades particulares meramente preferíveis da presente divulgação, e o escopo de proteção da presente divulgação não está limitado às mesmas. Todas as variações e substituições que uma pessoa versada na técnica pode facilmente prever dentro do escopo da técnica revelado pela presente divulgação devem ser abrangidas pelo escopo de proteção da presente divulgação.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. LIGA RESISTENTE À OXIDAÇÃO E RESISTENTE AO CALOR, sendo que a liga resistente à oxidação e resistente ao calor é caracterizada pelo fato de que compreende, em porcentagem massa: 2,5% a 6% de Al, 24% a 30% de Cr, 0,3% a 0,55% de C, 30% a 50% de Ni, 2% a 8% de W, 0,01% a 0,2% de Ti, 0,01% a 0,2% de Zr, 0,01% a 0,4% de Hf, 0,01% a 0,2% de Y e 0,01% a 0,2% de V; em que apenas um dentre Ti e V é compreendido.

2. LIGA RESISTENTE À OXIDAÇÃO E RESISTENTE AO CALOR, de acordo com a reivindicação 1, sendo que a liga é caracterizada pelo fato de que compreende: N<0,05%, O<0,003%, S<0,003% e Si<0,5%, sendo que o saldo é Fe e impurezas inevitáveis.

3. LIGA RESISTENTE À OXIDAÇÃO E RESISTENTE AO CALOR, de acordo com a reivindicação 1, sendo que a liga é caracterizada pelo fato de que compreende: 3,3% a 5,5% de Al e 34% a 46% de Ni.

4. LIGA RESISTENTE À OXIDAÇÃO E RESISTENTE AO CALOR, de acordo com a reivindicação 1, sendo que a liga é caracterizada pelo fato de que compreende: 3% a 6% de W.

5. LIGA RESISTENTE À OXIDAÇÃO E RESISTENTE AO CALOR, de acordo com a reivindicação 1, sendo que a liga é caracterizada pelo fato de que compreende: 0,01% a 0,06% de Y.

6. LIGA RESISTENTE À OXIDAÇÃO E RESISTENTE AO CALOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que em uma atmosfera oxidante de 1.000 a 1.200 °C, nada menos do que 90% de uma área de uma película de oxidação que é formada em uma superfície da liga é uma película de Al2O3.

7. MÉTODO PARA PREPARAÇÃO DE UMA LIGA RESISTENTE À OXIDAÇÃO E RESISTENTE AO CALOR, sendo que o método é caracterizado pelo fato de que é para a preparação da liga, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 6, e compreende as seguintes etapas: Etapa 1: derreter carbono e os elementos inativos para obter um aço derretido depois de serem completamente derretidos; Etapa 2: aquecer o aço derretido e refinar; Etapa 3: adicionar uma terra rara mista; Etapa 4: adicionar uma escória derretida; e Etapa 5: introduzir um gás inerte em um canal de fundição, colocar elementos ativos como alumínio, háfnio, titânio, zircônio e ítrio no canal de fundição, aquecer, despejar o aço derretido no canal de fundição e introduzir o aço derretido em uma tina de fusão para fundição.

8. MÉTODO PARA PREPARAÇÃO DE UMA LIGA RESISTENTE À OXIDAÇÃO E RESISTENTE AO CALOR, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a quantidade de adição da terra rara mista é de 0,05% a 0,25% da massa do aço derretido.

9. MÉTODO PARA PREPARAÇÃO DE UMA LIGA RESISTENTE À OXIDAÇÃO E RESISTENTE AO CALOR, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a escória contém CaO.

10. MÉTODO PARA PREPARAÇÃO DE UMA LIGA RESISTENTE À OXIDAÇÃO E RESISTENTE AO CALOR, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o método compreende adicionalmente a fundição após a etapa 5 e a velocidade do vazamento de aço até a conclusão da fundição é de 60 a 100kg/minuto.