CN102002626A - 一种耐高温抗腐蚀合金及其制备方法 - Google Patents

一种耐高温抗腐蚀合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种耐高温抗腐蚀合金及其制备方法。该合金组分包括C、Si、Mn、Cu、Cr、Re、微量P、S及余量Fe。它的制备方法包括：按所制备合金的组分及占合金重量的含量，计算各种铁合金材料及稀土合金材料的加入量；按计算所得加入量，先向冲天炉投入铸造生铁、耐蚀耐热中间合金Si-Fe和Mn-Fe，再向炉外包内加入电解Cu和耐蚀耐热中间合金Cr-Fe以及稀土硅铁合金FeSiRe21；进行冲入法球化处理和喂丝孕育处理；检测溶制金属液达到化学成分要求。本发明采用我国拥有丰富资源的稀土金属作为添加剂，取代镍、钼等贵重金属，降低生产成本并同时达到耐高温抗腐蚀的质量标准。

Description

一种耐高温抗腐蚀合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种合金材料及其制备方法，特别是一种耐高温抗腐蚀合金及其制备方法。
背景技术
耐热金属材料和耐腐蚀金属材料广泛应用于冶金、电力、建材、化工等工业中。如金属冶炼坩埚，高温电炉衬板电阻丝，煤气发生炉炉条等。这种金属材料在单一的高温环境或单一的高腐蚀性环境中都具有很好的耐高温或抗腐蚀作用。然而，在高温和高腐蚀性兼有的环境中，单一的耐高温或单一的耐腐蚀材料就会很快受到破坏。如前苏联的铋金属冶炼坩埚，这种坩埚材料选用的化学成分是以耐高温为主的一种耐热铸铁。但是使用过程中它难以抵抗高温状态下往坩埚内注入高腐蚀性氯气的高温腐蚀破坏，使用寿命就很短。人们为了寻求一种既能耐高温同时又能抗腐蚀的合金材料，在生产合金的工艺中，添加了一些十分贵重而资源贫乏的金属如镍，钼等，取得了一些进步，但因成本太高，只能停留在实验室中，无法投入到工业实际应用中去。市场迫切需要成本低廉、又兼备有耐高温和抗腐蚀双重性能的合金材料；如压铸机汤勺，工作在高温和高腐蚀环境，要求其材料必须具备耐高温和抗腐蚀双重特性。国内生产传统的压铸机汤勺产品的使用寿命仅一个星期，而从日本或台湾进口的同类产品使用寿命可达3个月，但价格十分昂贵。
发明内容
本发明的目的是提供了一种成本低廉、又兼有耐高温和抗腐蚀双重性能的耐高温抗腐蚀合金及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种耐高温抗腐蚀合金，其特征在于：该合金的组分及占合金重量的含量如下：
C：3.2％～3.8％， Si：2.2％～3.1％，    Mn：0.2％～0.4％，
P：＜0.08％，     S：＜0.08％，         Cu：0.5％～1.2％，
Cr：0.2％～0.8％，Re：0.025％～0.058％，Fe：余量。
该合金的最佳组分及占合金重量的含量如下：
C：3.4％，   Si：2.91％，  Mn：0.4％，
P：＜0.06％，S：＜0.065％，Cu：0.92％，
Cr：0.72％， Re：0.042％， Fe：余量。
一种耐高温抗腐蚀合金的制备方法，包括：
(1)按需求确定所制备合金的组分及占合金重量的含量；
(2)按所制备合金的组分及占合金重量的含量，计算各种铁合金材料及稀土合金材料的加入量；
(3)按计算所得加入量，先向冲天炉投入铸造生铁、耐蚀耐热中间合金Si-Fe和Mn-Fe进行熔炼；
(4)按计算所得加入量，再向炉外包内加入电解Cu和耐蚀耐热中间合金Cr-Fe以及稀土硅铁合金FeSiRe21；
铁水熔炼温度：1450℃，铁水熔化速度：3吨/小时，熔炼鼓风压力：10000帕；
(5)进行冲入法球化处理和喂丝孕育处理；
(6)检测溶制金属液达到化学成分要求；
(7)熔制的合金铁水用于浇铸产品。
所述铸造生铁、耐蚀耐热中间合金Si-Fe、Mn-Fe、电解Cu、耐蚀耐热中间合金Cr-Fe及稀土硅铁合金FeSiRe21均属市售，
各种铁合金材料及稀土合金材料的加入量，按《铸造手册》(机械工业出版社.1993.3北京一版，编者：陶令桓，陆文华，罗志建等)第一卷(冲天炉熔炼主要工艺参数的选择)计算。
本发明的有益效果是：
本发明旨在提高合金材料在高温条件下阻止降低材料氧化和生长发生的能力，提高合金材料在周围介质的化学和电化学作用下的抗腐蚀能力。
本发明采用我国拥有丰富资源的稀土金属作为添加剂和变质剂，取代我国资源紧缺且十分贵重的如镍、钼等金属，大大降低了生产成本。利用稀土元素作为金属材料熔炼变质剂加入到铁液中，它使铁液充分脱硫、脱氧、纯净铁水，可使金属基体中连续片状的石墨形态改变成孤立的球状或团状。而且使基体中的结晶晶粒更加细小致密。使得高温氧化气氛和腐蚀介质难以通过石墨和晶间间隙渗透进组织内部去。加入稀土金属提高了铁的化学稳定性，促进了铁的钝化作用，使合金元素形成更加连续致密的防止离子扩散的层下氧化保护膜，提高了主金属的抗氧化能力。大大降低了材料成本。
在金属材料中各种金属元素对材料耐高温抗腐蚀都起着不同的作用，但它们同存于主金属中有些作用是相克的.稀土元素的加入，使得某些相克的有用元素能相互包容的同存于主金属中，而对某些元素的不利作用能起到遏制作用，如硫元素。
稀土元素的有益作用还表现为：在热腐蚀初期，稀土元素氧化物可促进氧化膜的形成，减少腐蚀发生，改善氧化膜的粘附性和致密性，使腐蚀的孕育期延长，稀土对硫具有捕获作用，优先形成稳定的硫化物。材料中所含的弥散稀土成分，在氧化过程中可充当FeO膜的形核核心，进而参与成膜过程，形成晶粒细小，致密完整且粘附性好的氧化膜，使氧化膜的生长率降低。从而降低氧化腐蚀速度，延长产品使用寿命。
采用本发明提供的合金制造的压铸机汤勺的耐高温抗腐蚀指标为：
  项目   指标
  氧化率(800℃保持150h)   0.1--1.0g/m2
  生长率(800℃保持150h)   0.05--0.15％
  腐蚀率(腐蚀介质为30％NaOH溶液、沸腾)   1.2克/m2.h
达到进口同类产品水平，生产成本只为进口产品的1/3，使用寿命达到3个月，而传统的压铸机汤勺产品的使用寿命仅一个星期。
采用本发明提供的合金浇铸的铋金属冶炼钳锅使用效果良好，使用寿命由原来的2个半月提高到半年。采用本发明提供的合金浇铸的煤气发生炉炉条，使用寿命达到一个炉期(9个月)，传统炉条的使用寿命仅为三个月。
附图说明
图1是实施例2所述一种耐高温抗腐蚀合金的金相组织图。
图2是实施例3所述一种耐高温抗腐蚀合金的金相组织图。
图3是本发明制备工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例1：一种耐高温抗腐蚀合金；
(1)化学成份：
C：3.5％，  Si：2.62％， Mn：0.34％，
P：0.068％，S：0.07％，  Cu：0.33％，
Cr：0.30％，RE：0.022％，Fe：余量；
(2)氧化试验：(800℃保持150小时)0.36g/m2，
抗生长试验：(800℃保持150小时)0.19％，
耐腐蚀试验：腐蚀介质为30％NaOH溶液(沸腾)2.8g/m2；
(3)用该合金材料所制作的汤勺产品使用寿命为30天。
实施例2：一种耐高温抗腐蚀合金；
(1)化学成份
C：3.45％， Si：2.68％， Mn：0.36％，
P：0.065％，S：0.074％， Cu：0.58％，
Cr：0.46％，RE：0.036％，Fe：余量；
(2)金相：石墨大部分为团状和团絮状，少量为球状和蠕虫状(见附图1)；
(3)氧化试验：(800℃保持150小时)0.30g/m2，
抗生长试验：(800℃保持150小时)0.16％，
耐腐蚀试验：腐蚀介质为30％NaOH溶液(沸腾)2.4g/m2；
(4)用该合金材料所制作汤勺产品的使用寿命达45天。
实施例3：一种耐高温抗腐蚀合金的制备方法，包括：
(1)确定所制备合金的组分及占合金重量的含量如下：
C：3.4％，   Si：2.91％，  Mn：0.4％，
P：＜0.06％，S：＜0.065％，Cu：0.92％，
Cr：0.72％， Re：0.042％， Fe：余量；
(2)按所述合金的组分及占合金重量的含量，计算各种铁合金材料及稀土合金材料的加入量；
(3)按计算所得加入量，先向冲天炉投入铸造生铁、耐蚀耐热中间合金Si-Fe和Mn-Fe；
(4)按计算所得加入量，再向炉外包内加入电解Cu和耐蚀耐热中间合金Cr-Fe以及稀土硅铁合金FeSiRe21；
铁水熔炼温度：1450℃，铁水熔化速度：3吨/小时，熔炼鼓风压力：10000帕；
(5)进行冲入法球化处理和喂丝孕育处理；
(6)检测合金溶制金属液达到化学成分要求；
(7)熔制的合金铁水用于浇铸煤气发生炉炉条，使用寿命达到一个炉期(9个月)，传统炉条的使用寿命仅为三个月。
金相：石墨分布均匀，大部为球状，余为团状及少量蠕虫状。石墨大小为6.5级，组织致密(见附图2)，
氧化试验：(800℃保持150小时)0.22g/m2，
抗生长试验：(800℃保持150小时)0.13％，
耐腐蚀试验：腐蚀介质为30％NaOH溶液(沸腾)1.2g/m2h。

Claims (3)

1.一种耐高温抗腐蚀合金，其特征在于：该合金的组分及占合金重量的含量如下：
C：3.2％～3.8％， Si：2.2％～3.1％，    Mn：0.2％～0.4％，
P：＜0.08％，     S：＜0.08％，         Cu：0.5％～1.2％，
Cr：0.2％～0.8％，Re：0.025％～0.058％，Fe：余量。
2.根据权利要求1所述的一种耐高温抗腐蚀合金，其特征在于：该合金的最佳组分及占合金重量的含量如下：
C：3.4％，   Si：2.91％，  Mn：0.4％，
P：＜0.06％，S：＜0.065％，Cu：0.92％，
Cr：0.72％， Re：0.042％， Fe：余量。
3.一种权利要求2所述的耐高温抗腐蚀合金的制备方法，包括：
(1)确定所制备合金的组分及占合金重量的含量如下：
C：3.4％，   Si：2.91％，  Mn：0.4％，
P：＜0.06％，S：＜0.065％，Cu：0.92％，
Cr：0.72％， Re：0.042％， Fe：余量；
(2)按所述合金的组分及占合金重量的含量，计算各种铁合金材料及稀土合金材料的加入量；
(3)按计算所得加入量，先向冲天炉投入铸造生铁、耐蚀耐热中间合金Si-Fe和Mn-Fe进行熔炼；
(4)按计算所得加入量，再向炉外包内加入电解Cu和耐蚀耐热中间合金Cr-Fe以及稀土硅铁合金FeSiRe21；
铁水熔炼温度：1450℃，
铁水熔化速度：3吨/小时，
熔炼鼓风压力：10000帕；
(5)进行冲入法球化处理和喂丝孕育处理；
(6)检测溶制金属液达到化学成分要求；
(7)熔制的合金铁水用于浇铸产品。
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