CN1082564C - 耐高温腐蚀磨损铁铝合金 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐高温腐蚀磨损铁铝合金，它是一种在高温下适用的抗腐蚀磨损合金，其特征在于材料的基本组成为：按重量百分比：Al 10.0-20.0% Cr 2.0-10.0% Ce 0.005-0.5% C 0.1-1.0%(Ti+V) 0.4-5.0%，其中Ti、V可以同时加入，或只加入其中一种余量为Fe本发明具有较高的高温抗氧化性、耐热腐蚀和耐磨损性能，且它的工艺性能优于一般的Fe3Al金属间化合物。

Description

耐高温腐蚀磨损铁铝合金
本项发明涉及一种在高温下适用的抗腐蚀磨损合金材料。
在冶金、热能和石油化工等行业中，许多设备的运行温度很高，内部充满腐蚀介质(气氛)，而且设备的零件还要经受高速流动的细微硬质颗粒(如煤粉、催化剂等)的冲刷磨损。许多设备的零部件往往由于这种高温下的腐蚀磨损而失效。目前用于这些零部件的结构材料，包括各种不锈钢和高温合金都难以满足这些设备零部件的使用要求，致使设备中的一些关键零部件的使用寿命达不到要求的工作水平。有时甚至因为某些零部件的故障而导致整个系统的非计划停工，给企业的正常生产带来严重影响，并造成重大经济损失。
本发明的目的在于给出一种可用于热能、石油化工及冶金等工业的设备上，作为一些经常在高温下(600～1000℃)工作，既要经受高温含硫气氛腐蚀，又要经受硬质细颗粒冲刷磨损零部件的铁铝基合金材料。
本发明以铁和铝为主要元素，并加入一定量的铬、铈、碳，以及钛和矾，本发明合金含有如下成分：
按重量百分比：Al     10.0-20.0％
              Cr     2.0-10.0％
              Ce     0.005-0.5％
              C      0.1-1.0％
              (Ti+V) 0.4-5.0％，其中Ti、V可以同时加入，或只加入其中一种余量为Fe上述合金配方中的各元素的作用分别为：Al：Al的作用是与Fe形成Fe3Al金属间化合物，这种金属间化合物作为材料的基体使材料具有优异的抗高温氧化性能和耐热腐蚀性能：Cr：Cr的作用是改善材料在室温下的塑性；Ce：Ce的作用一方面是在加Cr的基础上进一步提高材料的室温塑性；另一方面它能提高材料的高温强度和抗氧化性能；C、Ti、V：在材料中同时加入C、Ti或V后(或C、Ti、V同时加入)，能在材料的显微组织中形成TiC和VC颗粒，一方面能细化铸锭的晶粒，改善材料的热加工性能，另外也能有效地改善材料的抗高温蠕变性能。
本发明可以用熔铸方法制备，具体的工艺为：
(1)将粒度为100-200目之间的铁粉、钛粉和碳(石墨)粉按一定的比例混合，并压实成块；
(2)在中频感应电炉加入铁块、铬块和矾铁块(中间合金)，然后送电升温；
(3)待上述块状炉料完全熔化后，加入铝块；
(4)铝块熔化后，将上述(1)中预制好的混合粉块加入炉中，此时粉块中的钛和碳会发生合成反应；
(5)在熔融的金属液中加入稀土元素铈Ce；
(6)将炉中的金属液浇注入预先做好的模型中，模型可以是金属型或沙型；用上述方法制成的铸锭可在用热形变方法(锻或轧)加工成型材，加工的温度为900-1100℃。
本发明具有下列性能特点：1、抗氧化，在600-1100℃温度范围内，它的抗氧化性能优于不锈钢和其它高温合金；2、耐热腐蚀，在高温的含硫气氛中本发明的耐腐蚀性能优于高温镍基合金；3、耐磨损，在室温至1000℃温度范围内，本发明的耐磨损性能，尤其使耐磨粒磨损性能优于一般的结构钢、不锈钢和高温合金；4、具有较高的高温强度和抗蠕变性能；5、耐高温腐蚀磨损，本发明最重要的性能特征。在500-1000℃温度范围内，当材料既经受含硫气氛的腐蚀，又经受硬质细颗粒的冲刷时，本发明的耐高温腐蚀磨损性能优于不锈钢和其它高温合金；6、工艺性能好，本发明的热加工工艺性能优于一般的Fe3Al金属间化合物材料。将本发明替代不锈钢和其它高温合金用于石油化工、热能及冶金等行业设备上的一些经受高温腐蚀磨损零部件，不仅可以大幅度延长零件寿命，而且能显著降低零件成本。
本发明可按下述方案进一步实施：
为了说明本项发明的材料的性能特点，下面的各表中列出了一些材料的性能指标：
表1中列出了几种合金的成分，它们都在本发明规定的成分范围之内。
表2中列出了表1中的两种合金的抗高温氧化性能数据，为了便于比较表中还列出了不锈钢、镍基高温合金和电热合金在等同试验条件下的实验结果。从表可见，在各种温度下本发明材料的抗氧化性能都优于对比材料。
表3中所列的是本发明的材料和不锈钢在热电厂锅炉水平烟道中进行的长达10个月的热腐蚀试验结果。从表可见，本发明材料在实际工业环境中的的耐热腐蚀性能比不锈钢高了将近一个数量级。
表4是本发明材料的耐磨损性能。对比材料是硬度很高的3Crl3不锈钢。表中数据表明，本发明材料的耐磨损性能也远优于3Crl3不锈钢。
表5中列出了表1中的两种合金的抗高温腐蚀磨损性能数据，为了便于比较，表中还列出了两种不锈钢(ICr18Ni9Ti和FeCr28Ni7)和钴基高温合金(CoFe15Cr25Si7)在等同试验条件下的实验结果。从表可见，本发明材料的抗高温腐蚀磨损性能性能明显优于不锈钢和钴基高温合金。
表1几种合金的典型材料的化学成分(重量％)
 合金号     Al     Cr     Ce     Ti     V     C     Fe
    12     1416     3.05.0     0.050.1     0.81.2     0.81.2     0.40.6     余量余量
表2材料的抗高温氧化性能
材质 试验温度/℃ 氧化时间/h 试验条件 氧化增重mg/cm2
合金1合金2ICr18Ni9Ti  700700700  100100100 大气大气大气 0.080.070.65
合金1合金2GH118镍基变形合金K38镍基铸造合金  850850850  100100100 大气大气大气 0.100.090.203.0
Fe3Al0Cr25A15电热合金  11001100  200200 大气大气 0.751.27
表3材料的耐热腐蚀性能
合金        增重(mg)      面积(mm2) 单位面积增重g/m2 单位面积增重平均值g/m2
本课题合金 1     5.63.9     8163.878451.35     0.690.46 0.58
2     4.13.0     8396.548432.26     0.490.36 0.43
    1Cr18Ni9Ti    29.7     9034.37     3.29     3.17
    不锈钢    27.3     8938.73     3.05
表4磨损试验结果
   合金 加工状态     热处理状态   摩擦副   磨损量Δm(mg)
本课题合金1本课题合金23Cr13   锻态锻态锻态     1000℃退火1050℃油淬+250℃回火   GCr15GCr15GCr15     5.65.324.9
本课题合金1本课题合金23Cr13   锻态锻态锻态     1000℃退火1050℃油淬+250℃回火   砂轮砂轮砂轮     1.81.513.6
表5材料的耐高温腐蚀磨损性能
    试验条件     材料     原重w/g   失重Δw/g   失重比Δw/w/％
800℃，石英砂140～260目、浓度17.49g/m3，SO2浓度592×10-6Vol％，气流速度170～200m/S，时间15h     合金1     5.9686     0.4906     8.2
    合金2     5.8930     0.5000     8.5
    FeCr28Ni7     5.6497     0.7518     13.3
    CoFe15Cr25Si7     6.4705     0.9190     14.2
    Icr18Ni9Ti     7.3702     0.9438     12.8
    耐磨球铁     5.9239     0.8759     14.8

Claims (1)

1.一种耐高温腐蚀磨损铁铝合金，其特征在于材料含有以下成分：本发明合金含有如下成分：
按重量百分比： Al     10.0-20.0％
              Cr     2.0-10.0％
              Ce     0.005-0.5％
              C      0.1-1.0％
              (Ti+V) 0.4-5.0％，其中Ti、V可以同时加入，或只加入其中一种余量Fe
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