CN107460392A

CN107460392A - 一种抗高温耐蚀高铬镍基合金

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Publication number: CN107460392A
Application number: CN201710502467.XA
Authority: CN
Inventors: 高欣; 王军
Original assignee: Ma'anshan Xinlong Special Steel Co Ltd
Current assignee: Ma'anshan Xinlong Special Steel Co Ltd
Priority date: 2017-06-27
Filing date: 2017-06-27
Publication date: 2017-12-12

Abstract

本发明属于高铬镍基合金的加工技术领域，具体涉及一种抗高温耐蚀高铬镍基合金，按重量百分比计，所述合金中铬含量为42.5‑44.5%，钼和铝含量为11.5‑13.2%，铁含量为5.8‑6.2%，碳含量为0.8‑1.5%，镉含量为0.06‑0.18%，余量为镍和不可避免的杂质；其铸造方法选用电磁半连续铸造方法进行；时效处理分为两个阶段。本发明相比现有技术具有以下优点：本发明中增加铬元素含量，并通过改变铸造方式与时效处理配合，在合金表面更加致密，具有较好的组织稳定性，通过对铬析出物的控制，解决了铬含量增多会降低合金力学性能的矛盾，使所得合金在耐高温耐蚀的基础上，进一步增强合金的力学性能。

Description

一种抗高温耐蚀高铬镍基合金

技术领域

本发明属于高铬镍基合金的加工技术领域，具体涉及一种抗高温耐蚀高铬镍基合金。

背景技术

中国国民经济持续高速发展导致在电力、石油、化工以及其他民用工业中对高温耐蚀合金的需求不断提高，我国自1956年生产第一炉高温合金以来已有五十多年历史，长期以来大部分高温合金用于航空及航天工业，然而，近年来民用高温耐蚀合金的需求已超过国内目前可提供的产能，不得不依靠进口，其中我国电力工业的飞速发展大力建造超临界发电机组需要大量耐热耐蚀合金，大功率清洁能源的原子能发电站需要大量的镍基蒸发器管材，一个带腐蚀气氛的油气井需要近万米的耐蚀钻管材以及石化工业中为回收能源而发展的烟气轮机，都需要大量的铁基、镍基高温高强耐蚀合金材料，其中，铬是镍基合金中保证抗氧化和腐蚀的重要元素，然而，当铬含量超过基体的溶解度时，过饱和的铬就会以BCC结构α-Cr相片层状的形式从基体直接析出，导致合金的塑韧性降低，同时影响其耐腐蚀性，不能直接使用，现有技术中通过合理的非完全固溶和多段时效作用，使α-Cr相被控制成为均匀圆润的大小搭配的颗粒，使合金在具备超强耐腐蚀抗高温的基础上保证了一定的综合力学能力，但其综合力学能力还需进一步加强，才能满足现有需求，因此，应当针对以上问题对高铬镍基合金的研制进行深入研究。

发明内容

本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种抗高温耐蚀高铬镍基合金。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种抗高温耐蚀高铬镍基合金，按重量百分比计，所述合金中铬含量为42.5-44.5%，钼和铝含量为11.5-13.2%，铁含量为5.8-6.2%，碳含量为0.8-1.5%，镉含量为0.06-0.18%，余量为镍和不可避免的杂质；

其铸造方法选用电磁半连续铸造方法进行；时效处理分为两个阶段，第一阶段为空冷，在800-850℃保持2.5-3.5小时，第二阶段为空冷，在1020-1070℃保持1-1.5小时。

作为对上述方案的进一步改进，按重量百分比计，所述钼含量为8.2-10.6%。

作为对上述方案的进一步改进，所述合金中还包括以下重量百分比的成分中的一种或几种：0-0.4%钽、0-1.2%锑、0-2.7%铜、0-0.2%铷、0-0.08铍、0-1.6%锰、0-0.2%锌、0-0.45%硅、0-0.2%磷。

作为对上述方案的进一步改进，所述合金为奥氏体组织，奥氏体组织中分布着粒径为0.8-2.5nm的富铬α’-Cr析出相。

作为对上述方案的进一步改进，所述合金的制备方法包括将原料组合物在中频真空熔炼炉中熔炼、用电磁半连续铸造方法进行铸造、经1030-1080℃保持0.5-1小时的固溶处理、进行时效处理。

作为对上述方案的进一步改进，所述电磁半连续铸造方法的铸造温度为750-760℃，磁场频率为2.2-2.5kHz，冷却水流量为1.15-1.35t/h，稳定拉坯速度为40-45mm/min；保护气体由以下重量百分比的成分组成：47.8%氩气、51.4%二氧化碳、0.8%六氟化硫。

作为对上述方案的进一步改进，所述时效处理的两个阶段为：第一阶段为空冷，在840℃保持3小时，第二阶段为空冷，在1050℃保持1.5小时。

本发明相比现有技术具有以下优点：本发明中增加铬元素含量，并通过改变铸造方式与时效处理配合，使合金中铬以结构均匀圆润的α’-Cr相析出，热腐蚀时，合金中铬元素沿晶界发生短路扩散的能力优于其他元素，合金表面的铬元素在形成氧化物后，体积膨胀，使合金基体承受拉应力，在氧化膜中形成通道，氧元素通过氧化膜中形成的通道，向合金内部扩散，优于合金内部浓度差的原因，使铬元素继续向外扩散，α’-Cr相颗粒较小，在合金表面更加致密，具有较好的组织稳定性，通过对铬析出物的控制，解决了铬含量增多会降低合金力学性能的矛盾，使所得合金在耐高温耐蚀的基础上，进一步增强合金的力学性能。

具体实施方式

实施例1

一种抗高温耐蚀高铬镍基合金，按重量百分比计，所述合金中铬含量为43.5%，铝含量为3.4%，铁含量为6%，碳含量为1.2%，镉含量为0.12%，所述钼含量为9.4%，还包括0.8%锑、2.4%铜、0.2%铷、0.2%锌、0.1%磷，余量为镍和不可避免的杂质；

合金的制备方法包括：

a.将原料组合物在中频真空熔炼炉中熔炼；

b.其铸造方法选用电磁半连续铸造方法进行，所述电磁半连续铸造方法的铸造温度为755℃，磁场频率为2.4kHz，冷却水流量为1.25t/h，稳定拉坯速度为42mm/min；保护气体由以下重量百分比的成分组成：47.8%氩气、51.4%二氧化碳、0.8%六氟化硫；

c.经1050℃保持1小时的固溶处理；

d.时效处理分为两个阶段，第一阶段为空冷，在830℃保持3小时，第二阶段为空冷，在1050℃保持1小时。

其中，所述合金为奥氏体组织，奥氏体组织中分布着粒径为0.8-2.5nm的富铬α’-Cr析出相。

实施例2

一种抗高温耐蚀高铬镍基合金，按重量百分比计，所述合金中铬含量为42.5%，铝含量为0.9%，铁含量为5.8%，碳含量为1.5%，镉含量为0.06%，所述钼含量为10.6%，还包括0.3%钽、0.4%锑、1.2%铜、1.2%锰、0.1%锌，余量为镍和不可避免的杂质；

合金的制备方法包括：

a.将原料组合物在中频真空熔炼炉中熔炼；

b.其铸造方法选用电磁半连续铸造方法进行，所述电磁半连续铸造方法的铸造温度为750℃，磁场频率为2.5kHz，冷却水流量为1.15t/h，稳定拉坯速度为40mm/min；保护气体由以下重量百分比的成分组成：47.8%氩气、51.4%二氧化碳、0.8%六氟化硫；

c.经1030-1080℃保持0.5-1小时的固溶处理；

d.时效处理分为两个阶段，第一阶段为空冷，在850℃保持2.5小时，第二阶段为空冷，在1020℃保持1.5小时。

实施例3

一种抗高温耐蚀高铬镍基合金，按重量百分比计，所述合金中铬含量为44.5%，铝含量为5%，铁含量为5.2%，碳含量为0.8%，镉含量为0.18%，所述钼含量为8.2%，还包括0.8%铜、0.2%铷、0.06铍、0.25%硅、0.2%磷，余量为镍和不可避免的杂质；

合金的制备方法包括：

a.将原料组合物在中频真空熔炼炉中熔炼；

b.其铸造方法选用电磁半连续铸造方法进行，所述电磁半连续铸造方法的铸造温度为760℃，磁场频率为2.2kHz，冷却水流量为1.35t/h，稳定拉坯速度为45mm/min；保护气体由以下重量百分比的成分组成：47.8%氩气、51.4%二氧化碳、0.8%六氟化硫；

c.经1080℃保持0.5-1小时的固溶处理；

d.时效处理分为两个阶段，第一阶段为空冷，在850℃保持2.5小时，第二阶段为空冷，在1070℃保持1.5小时。

设置实验1，在实施例1的基础上，每次改变铸造方法中的一个条件，依次改变的条件为铸造温度、磁场频率、冷却水流量、稳定拉坯速度、保护气体；其中对合金的物理性能（拉伸强度、屈服强度、延伸率、断面收缩率）中，铸造温度、冷却水流量、保护气体、磁场频率、稳定拉坯速度的影响力依次降低，在各组合金的物理性能选择中，不对延伸率和断面收缩率考虑，根据抗拉强度和屈服强度得出最优组合，即为本发明中电磁半连续铸造方法中给出的条件区间。

设置实验2，设置对照组1，将实施例1中铸造方法替换为现有常规铸造方法铸造，其余内容不变；设置对照组2，将实施例1中时效处理阶段按现有技术中控制方法进行，具体为：第一阶段空冷，1140℃保持30分钟；第二阶段空冷，700℃保持4小时；第三阶段空冷，950℃保持2小时；设置对照组3，控制合金中铬含量为37%、铝含量为2%、钛含量为2.8%、余量为镍和不可避免的元素，时效处理阶段按照对照组2中进行；对各组所得合金热处理后加工成拉伸样品进行力学性能测试；得到以下结果：

表1 20℃时合金力学性能

组别	抗拉强度（MPa）	屈服强度（MPa）	延伸率（%）	合金断面收缩率（%）
					实施例1	1475	942	17.2	19.4
实施例2	1482	937	18.1	20.8
					实施例3	1478	945	17.5	19.7
对照组1	1156	1025	21.3	25.8
					对照组2	1073	1043	22.6	23.7
对照组3	1340	970	20.3	24.1

表2 800℃时合金力学性能

组别	抗拉强度（MPa）	屈服强度（MPa）	延伸率（%）	合金断面收缩率（%）
					实施例1	794	/	22.6	31.6
实施例2	785	/	21.8	32.8
					实施例3	792	/	22.4	32.5
对照组1	528	/	19.8	25.4
					对照组2	476	/	20.2	26.8
对照组3	620	/	21.7	29.6

对各组中进行抗氧化抗热蚀性能进行检测，试样方法为1000℃、100h空气介质的氧化速率实验，得到以下结果：

表3

组别	氧化速率（g/㎡·h）
		实施例1	0.0139
实施例2	0.0142
		实施例3	0.0147
对照组1	0.125
		对照组2	0.0836
对照组3	0.0359

通过对以上各组数据进行分析，可知，本发明中所制得的合金相比现有合金进一步增加了合金中铬含量，同时控制铸造条件和时效处理方法，并对合金中元素进行一定的调整，使合金在保证较好的耐热耐热蚀的基础上进一步提高了合金强度，增加了合金的适用范围。

Claims

1.一种抗高温耐蚀高铬镍基合金，其特征在于，按重量百分比计，所述合金中铬含量为42.5-44.5%，钼和铝含量为11.5-13.2%，铁含量为5.8-6.2%，碳含量为0.8-1.5%，镉含量为0.06-0.18%，余量为镍和不可避免的杂质；

2.如权利要求1所述一种抗高温耐蚀高铬镍基合金，其特征在于，按重量百分比计，所述钼含量为8.2-10.6%。

3.如权利要求1所述一种抗高温耐蚀高铬镍基合金，其特征在于，所述合金中还包括以下重量百分比的成分中的一种或几种：0-0.4%钽、0-1.2%锑、0-2.7%铜、0-0.2%铷、0-0.08铍、0-1.6%锰、0-0.2%锌、0-0.45%硅、0-0.2%磷。

4.如权利要求1-3中任一项所述一种抗高温耐蚀高铬镍基合金，其特征在于，所述合金为奥氏体组织，奥氏体组织中分布着粒径为0.8-2.5nm的富铬α’-Cr析出相。

5.如权利要求1所述一种抗高温耐蚀高铬镍基合金，其特征在于，所述合金的制备方法包括将原料组合物在中频真空熔炼炉中熔炼、用电磁半连续铸造方法进行铸造、经1030-1080℃保持0.5-1小时的固溶处理、进行时效处理。

6.如权利要求1或5中任一项所述一种抗高温耐蚀高铬镍基合金，其特征在于，所述电磁半连续铸造方法的铸造温度为750-760℃，磁场频率为2.2-2.5kHz，冷却水流量为1.15-1.35t/h，稳定拉坯速度为40-45mm/min；保护气体由以下重量百分比的成分组成：47.8%氩气、51.4%二氧化碳、0.8%六氟化硫。

7.如权利要求1所述一种抗高温耐蚀高铬镍基合金，其特征在于，所述时效处理的两个阶段为：第一阶段为空冷，在840℃保持3小时，第二阶段为空冷，在1050℃保持1.5小时。