CN103388091A

CN103388091A - 一种耐磨耐蚀镍基高温合金

Info

Publication number: CN103388091A
Application number: CN2013103316904A
Authority: CN
Inventors: 刘勇
Original assignee: JINGDU HIGH-NEW TECHNOLOGY Co Ltd UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY BEIJING
Current assignee: JINGDU HIGH-NEW TECHNOLOGY Co Ltd UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY BEIJING
Priority date: 2013-08-02
Filing date: 2013-08-02
Publication date: 2013-11-13

Abstract

本发明提供了一种新型耐磨耐蚀镍基高温合金，涉及高温材料领域。所述耐磨耐蚀镍基高温合金，其化学成分(wt.％)为：C0.15～0.30％、Cr25～30％、Mo10～12％、Al1.0～1.5％，其余为Ni，合金中会存在生产过程的少量杂质。所述镍基高温合金熔点高达1430～1455℃，在1300℃以上超高温条件下具有较高的蠕变强度、良好的抗氧化腐蚀性能和优异的耐磨损性能，有效地延长使用寿命，适用于工业生产大气熔炼，同时也适用于粉末冶金方法生产。所述镍基高温合金用于钢坯加热炉耐热垫块、滑轨及CSP均热炉辊环等部件具有钴基高温合金的耐用寿命而其成本远低于钴基高温合金。

Description

一种耐磨耐蚀镍基高温合金

技术领域

本发明涉及一种新型镍基高温合金，其主要用途是制造对于耐高温摩擦磨损、抗高温氧化腐蚀及抗高温蠕变能力要求很高的金属部件，特别涉及轧钢加热炉耐热垫块、滑轨及CSP均热炉辊环用的耐高温镍基合金。

背景技术

随着冶金技术的不断发展，为了适应钢坯的多样性，在充分考虑加热效率等问题的基础上，轧钢加热炉已经由普通推钢式向步进梁式加热炉，以及大型的环形加热炉转变。与此同时，对加热炉中使用的高温材料(耐热垫块、滑轨及辊环等用的高温合金材料)的要求越来越高。

铸坯加热炉炉内气氛温度一般高达1300～1450℃，固定在炉底支撑梁上的耐热垫块和滑轨在超高温和氧化-硫化气氛及重载荷的恶劣工作条件下支撑和传递铸坯，是加热炉的关键部件。目前国内外步进梁式铸坯连续加热炉的炉底垫块和滑轨均采用钴基合金制造，性能尚能满足使用要求，但其缺点是塑韧性、抗高温氧化、抗热腐蚀性能等均较低，导致使用时垫块和滑轨磨损较大，有时甚至产生严重变形和开裂，降低了使用寿命。

炉底辊是CSP均热炉机械设备中最重要、最易损坏的关键设备，其在线量大、价格高、寿命低。而在炉底辊构成中，其承载铸坯的四个耐热辊环又是工作条件最为恶劣、最易损坏的构件。辊环是整个炉底辊处于温度最高(1150℃以上)的部位，裸露部分直接受炉内气氛有害物的侵蚀，并且承受坯料负荷，所以不仅要考虑它的高温强度，还要考虑其抗氧化性、耐磨损性、耐腐蚀性，长时间使用后不产生或少产生脆化现象，在高温下不粘结氧化铁皮、不变形、不产生裂纹，以及冷加工性能等。目前使用的优质加热炉炉辊多为德国或意大利进口产品，使用寿命约24个月，而国产产品使用寿命仅为6～8个月；辊环材质一般为钴基高温合金和镍基高温合金。

具有较好性能的UMCo-50合金(德国)和KHR40CM合金(日本)，在全世界范围内的轧钢加热炉中获得广泛应用。但由于受到资源和价格的限制，不宜大量采用；多元高温合金在工业生产大气熔炼条件下，工艺较为困难且不便于合金返回熔炼利用。同时，轧钢用步进式大型板坯加热炉中开始广泛采用高效节能的汽化冷却技术，耐热垫块的使用温度也随之增加，普遍工作在1300～1350℃；CSP均热炉炉底辊辊环的服役温度在1200～1350℃。目前使用的高温合金长期工作在这样的恶劣工况条件下时，使用寿命无法得到有效保证，亟待开发新型高温合金与之相适应。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超高温耐磨耐蚀镍基合金，其熔点高达1430～1455℃，而目前使用的镍基高温合金熔点最高在1380～1420℃。这种合金在1300℃以上超高温条件下具有较高的蠕变强度、良好的抗氧化腐蚀性能和优异的耐磨损性能，有效地延长使用寿命，适用于工业生产大气熔炼，且具有便于返回熔炼的最简单的化学成分，同时也适用于粉末冶金方法生产。这种合金用于钢坯加热炉耐热垫块、滑轨及CSP均热炉辊环等部件具有钴基高温合金的耐用寿命而其成本远低于钴基高温合金。

本发明所采用的技术方案是：一种耐磨耐蚀镍基高温合金，化学成分(wt.％)为：C0.15～0.3％、Cr25～30％、Mo10～12％、Al1.0～1.5％，其余为Ni，合金中会存在生产过程的少量杂质。

化学成分(wt.％)优选为：C0.18～0.20％、Cr27～28％、Mo10～11％、Al1.1～1.3％，其余为Ni。

本合金为镍基合金，Ni为面心立方结构，没有同素异构转变，能固溶较多合金元素而不生成有害的相，且能保持较好的组织稳定性和化学稳定性。

本合金含有0.15～0.3wt.％的C，可形成骨架状的碳化物和共晶碳化物，对提高合金高温强度具有积极作用，但也是强烈降低合金熔点的元素，其浓度应严格控制。

本合金含有25～30wt.％的Cr，以提高耐腐蚀性和形成硬质碳化物，从而提高耐磨性，同时也提高了合金的抗高温氧化性能。超出此上限值的Cr浓度会导致熔融合金流动缓慢，具有较差的铸造性能，且导致合金产生内部裂纹的倾向增大。

本合金含有10～12wt.％的Mo，起到一定的固溶强化作用，提高了合金再结晶温度，阻碍扩散型相变，同时形成了部分稳定的起时效沉淀作用的γ′相，从而有效提高了本合金的高温蠕变强度。

本合金含有1.0～1.5wt.％的Al，既是一种抗氧化元素，又是一种沉淀强化元素。加入Al，可促进合金表面形成的Cr₂O₃更致密、更稳定，从而进一步降低金属原子向表面扩散和氧、硫等有害元素向金属内部扩散的能力。Al在合金表面生成的致密的不挥发的Al₂O₃氧化膜，Al₂O₃膜比Cr₂O₃膜具有更好的抗氧化能力和更低的氧化速率，可克服合金表层的Cr₂O₃膜在1300℃以上长期工作时易被氧化成挥发性的CtO₃而受到破坏的弱点，使合金具有更好的高温抗氧化能力，可用于更高的温度，能有效抑制高温状态下本体与其接触的异物间的分子运动。

采用以上技术方案，本发明的有益效果在于：

1、本发明高温合金熔点较一般镍基高温合金熔点高10～75℃。

2、本发明高温合金在1300℃的使用温度下，与UMCo-50和KHR40CM合金相比，具有较高的蠕变强度及抗氧化、抗腐蚀性能，耐磨性能优异，能有效延长合金的使用寿命，成本大幅度降低。

3、本发明高温合金适用于工业生产大气熔炼，且具有便于返回熔炼的最简单的化学成分，同时也适用于粉末冶金方法生产。

附图说明

图1是本发明镍基高温合金与KHR40CM合金化学成分(wt.％)表图。

图2是本发明镍基高温合金与KHR40CM合金室温下耐磨性对比表图(在M-200磨损试验机上，施加50kg压力，对样品进行10h磨损试验)。

图3是本发明镍基高温合金与KHR40CM合金抗高温氧化性对比表图。

具体实施方式

实施例1：

一种耐磨耐蚀镍基高温合金，按其化学成分(wt.％)为：C0.20％、Cr27％、Mo11％、Al1.2％、Ni为余量来配料，在50kg中频感应炉中大气熔炼、模铸，用于制造轧钢加热炉耐热垫块。其主要适用于轧钢用步进式加热炉，较目前广泛使用的UMCo-50和KHR40CM合金制成的耐热垫块相比，具有更好的组织稳定性和抗氧化性，提高了高温蠕变强度和使用寿命。

实施例2：

一种耐磨耐蚀镍基高温合金，按其化学成分(wt.％)为：C0.30％、Cr30％、Mo12％、Al1.0％、Ni为余量，选用石墨粉、Cr粉、Mo粉、Al粉以及Ni粉来配料，采用粉末冶金工艺(粉末混料-包套-冷等静压-真空烧结)制备，用于制造轧钢加热炉滑轨。其主要适用于轧钢用步进式加热炉，较目前广泛使用的UMCo-50和KHR40CM合金制成的滑轨相比，具有更好的抗氧化性和耐磨性，提高了高温蠕变强度和使用寿命。

实施例3：

一种耐磨耐蚀镍基高温合金，按其化学成分(wt.％)为：C0.15％、Cr25％、Mo10％、Al1.5％，Ni为余量来配料，在50kg中频感应炉中大气熔炼、模铸，用于制造辊环。其主要适用于轧钢CSP均热炉炉底辊，较目前广泛使用的UMCo-50、KHR40CM及其它镍基高温合金制成的辊环相比，具有更好的耐磨性和抗氧化性，提高了高温蠕变强度，有效延长了使用寿命。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所述技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种耐磨耐蚀镍基高温合金，其化学成分按重量百分比为：C0.15～0.30％、Cr25～30％、Mo10～12％、Al1.0～1.5％，其余为Ni。

2.根据权利要求1所述的耐磨耐蚀镍基高温合金，其特征在于：所述合金的成分为：C0.18～0.20％、Cr27～28％、Mo10～11％、Al1.1～1.3％，其余为Ni。

3.根据权利要求1所述的耐磨耐蚀镍基高温合金，其特征在于：所述合金熔点为1430～1455℃。

4.根据权利要求1所述的耐磨耐蚀镍基高温合金，其特征在于：所述合金适用于粉末冶金方法生产。