CN110129622B - Ni-Cr-Fe基沉淀硬化型变形高温合金 - Google Patents

Ni-Cr-Fe基沉淀硬化型变形高温合金 Download PDF

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Abstract

本发明属于合金材料领域，具体涉及一种Ni‑Cr‑Fe基沉淀硬化型变形高温合金，所述合金由如下重量百分比的各组分组成：Cr 18‑23％、Fe 4.0‑7.0％、Ti 2.5‑3.5％、Mn 2.0‑4.0％、Nb 0.5‑1.0％、Si 0.1‑0.5％、Ce 0.1‑0.5％、C≤0.03％、O≤0.02％、P≤0.03％、S≤0.02％，其余为Ni。本申请添加的Ti和Nb不仅可以与Ni形成共格稳定的金属间化合物，提高耐热性，使焊丝在高温下保持较高强度，而且有利于抑制C的不利影响，提高耐蚀性；Mn能大量溶入Ni‑Cr合金中，细化晶粒，改善加工性能，同时还是较好的S、O、C脱除剂，添加的Ce有助于净化熔液，细化晶粒，从整体上提高焊丝的强度和高温耐蚀性；本申请在进行一段时间的包顶吹氧脱碳之后再以镍铬合金形式添加铬和剩余的镍，可使镍均匀分散于体系中，扩大奥氏体区，提高耐蚀性能。

Description

Ni-Cr-Fe基沉淀硬化型变形高温合金
技术领域
本发明属于合金材料技术领域，具体涉及一种Ni-Cr-Fe基沉淀硬化型变形高温合金。
背景技术
中国绿色经济发展，离不开节能减排及对环境的治理，目前对于工业废物、城市垃圾、农村废物以及各种废物中掺杂着有毒有害的物质处理多采用焚烧方式，废弃物无害化的同时还可以将燃烧产生的热能加以利用。焚烧处理中，焚烧炉是关键设备，它是一种将废气、废液、固体废弃物体燃料、医疗垃圾、生活废品、动物尸体等进行高温焚烧，达到量化数减少或缩小的一种环保设备，同时还可以利用部分焚烧介质的热能，焚烧炉需要在高温下具有一定抗氧化和耐腐蚀能力。目前国内用于高温环境下的焊丝腐蚀率≥0.2mm/m，设备更换周期短，不仅造成资源浪费，还要耗费大量的人力物力，不符合可持续发展的趋势。
因此，有必要研发一种在高温下具有良好耐蚀性的焊丝，从根本上提高焚烧炉的高温性能，延长使用寿命，为节能减排做出贡献。
发明内容
为了现有焊丝高温下腐蚀速率较高的问题，本发明公开了一种Ni-Cr-Fe基沉淀硬化型变形高温合金，所制备的合金在高温条件下具有较低的腐蚀速率，具有良好的耐高温抗腐蚀性能。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种Ni-Cr-Fe基沉淀硬化型变形高温合金，所述合金由如下重量百分比的各组分组成：Cr 18-23%、Fe 4.0-7.0%、Ti 2.5-3.5%、Mn 2.0-4.0%、Nb 0.5-1.0%、Si 0.1-0.5%、Ce0.1-0.5%、C≤0.03%、O≤0.02%、P≤0.03%、S≤0.02%，其余为Ni。
作为优选，上述合金由如下重量百分比的各组分组成：Cr 18-20%、Fe 6.0-7.0%、Ti 2.5-3.5%、Mn 2.0-3.0%、Nb 0.5-1.0%、Si 0.1-0.3%、Ce 0.1-0.35%、C≤0.03%、O≤0.02%、P≤0.03%、S≤0.02%，其余为Ni。
作为优选，上述合金由如下重量百分比的各组分组成：Cr 18.5-19.5%、Fe 6.5-7.0%、Ti 2.5-3.0%、Mn 2.0-2.5%、Nb 0.6-0.8%、Si 0.1-0.2%、Ce 0.2-0.3%、C≤0.03%、O≤0.02%、P≤0.03%、S≤0.02%，其余为Ni。
作为优选，上述Ni-Cr-Fe基沉淀硬化型变形高温合金，采用如下方法制备而成：
（1）按比例配好原料，其中铬和部分镍以镍铬中间合金的形式准备，将除钛、铬和部分镍以外的其他原料加入到真空感应炉中熔炼，从钢包底部吹入氩气进行脱气和搅拌，待原料全部熔融后，开始从钢包顶部吹入氧气脱碳；
（2）包顶吹氧20-30min后，加入钛和镍铬中间合金，使之熔融分散，当C含量降低至0.03%以下时停止吹氧，改为从钢包顶部和底部同时吹入氩气；
（3）保持包底吹氩，向钢包中加入硅铁、铝块进行脱氧，并加入石灰、萤石造渣，脱硫；
（4）将熔液浇铸成合金锭，然后在惰性气体或真空条件下，对合金锭进行退火处理；
（5）将退火后的合金锭在1100-1200℃下锻造成合金坯，然后轧制成盘条；
（6）通过酸洗、修磨除去盘条表面的氧化皮和锈蚀物，然后在惰性气体或真空条件下，对盘条进行退火处理，然后进行拉拔，得到焊丝；
（7）然后在惰性气体或真空条件下，对焊丝进行退火处理。
作为优选，上述步骤（1）中的镍铬中间合金中镍的质量百分含量为60-65%。
作为优选，上述包顶吹氧速率为每吨熔液200-250L/min。
作为优选，上述包顶吹氩速率为每吨熔液250-300L/min，包底吹氩的速率为每吨熔液8-15 L/min，所述包顶吹氩的速率大于包顶吹氧的速率。
作为优选，上述步骤（4）中退火处理的温度为800-900℃，时间为3-5h。
作为优选，上述步骤（6）中退火处理的温度为650-720℃，时间为2-4h。
作为优选，上述步骤（7）中退火处理的温度为550-630℃，时间为4-6h。
本发明具有如下的有益效果：（1）本申请所添加的Ti和Nb不仅可以与Ni形成共格稳定的金属间化合物，大大提高焊丝的耐热性，使得焊丝在高温下仍能保持较高的强度，而且有利于抑制C的不利影响，从而有助于提高耐蚀性；
（2）所添加的Mn能大量溶入Ni-Cr合金中，可以细化晶粒，改善加工性能，同时还是较好的S、O、C脱除剂，所添加的Ce有助于净化熔液，细化晶粒，从整体上提高焊丝的强度和高温耐蚀性；
（3）本申请在进行一段时间的包顶吹氧脱碳之后再以镍铬合金的形式添加铬和剩余的镍，可以使铬均匀分散于体系中，更加有效地起到固溶强化和钝化作用，提高合金的耐蚀性能和抗高温氧化性能，且本发明以含有60-65wt%镍的镍铬中间合金作为镍源，实验证明，添加该镍含量的镍铬中间合金所获得合金的耐蚀性优于其他镍含量；
（4）本申请通过包顶吹氧严格控制C含量在0.03%以下，可以有效避免因C与Cr形成碳化物而影响焊丝的力学性能、抗氧化性能和耐蚀性，较低的C含量还可以有效减少晶间腐蚀的发生；
（5）步骤（4）中的退火温度设定为800-900℃，时间设定为3-5h，较高的退火温度可以使合金锭进行重结晶，降低硬度，改善加工性能，步骤（6）中的退火温度设定为650-720℃，时间设定为2-4h，有助于细化晶粒，消除轧制产生的应力，增加韧性，避免因退火温度过高而导致晶粒增加，步骤（7）中的退火温度设定为550-630℃，时间设定为4-6h，较低的温度可以消除拉拔产生的应力，使合金组织更加均匀，提高韧性；
（6）本申请所添加的各种元素之间通过协同作用，并配合各处理阶段的工艺参数，使所制备的焊丝具有良好的耐高温抗腐蚀性能，高温下的腐蚀速率达到0.04mm/m。
具体实施方式
现在结合实施例对本发明作进一步详细的说明。
Ni-Cr-Fe基沉淀硬化型变形高温合金，采用如下方法制备而成：
（1）按比例配好原料，其中铬和部分镍以镍铬中间合金的形式准备，将除钛、铬和部分镍以外的其他原料加入到真空感应炉中熔炼，从钢包底部吹入氩气进行脱气和搅拌，待原料全部熔融后，开始从钢包顶部吹入氧气脱碳；
（2）包顶吹氧20-30min后，加入钛和镍铬中间合金，使之熔融分散，当C含量降低至0.03%以下时停止吹氧，改为从钢包顶部和底部同时吹入氩气；
（3）保持包底吹氩，向钢包中加入硅铁、铝块进行脱氧，并加入石灰、萤石造渣，脱硫；
（4）将熔液浇铸成合金锭，然后在惰性气体或真空条件下，对合金锭进行退火处理；
（5）将退火后的合金锭在1100-1200℃下锻造成合金坯，然后轧制成盘条；
（6）通过酸洗、修磨除去盘条表面的氧化皮和锈蚀物，然后在惰性气体或真空条件下，对盘条进行退火处理，然后进行拉拔，得到焊丝；
（7）然后在惰性气体或真空条件下，对焊丝进行退火处理。
其中，步骤（3）的处理时间为10-20min。
实施例1-5和对比例1-11的各组分含量及条件参数见表1和表2。
表1
Figure 830181DEST_PATH_IMAGE001
表2
Figure 544059DEST_PATH_IMAGE002
对比例12与实施例5基本相同，不同之处在于，对比例12中所有原料均为一起加入真空感应炉内进行熔炼。
对比例13与实施例5基本相同，不同之处在于，对比例13中Ti是先和其他原料一起加入的。
对比例14与实施例5基本相同，不同之处在于，对比例14中只有Ti是后加入的。
对比例15与实施例5基本相同，不同之处在于，对比例15中所加入镍铬中间合金中镍的质量百分含量为55%。
对比例16与实施例5基本相同，不同之处在于，对比例16中所加入镍铬中间合金中镍的质量百分含量为70%。
实施例1-5和对比例1-16所制备焊丝的力学性能见表3。
表3
Figure 979589DEST_PATH_IMAGE003
用实施例1-5和对比例1-16所制备的焊丝在焚烧炉常用的不锈钢表面制备涂层，所制备涂层的各项性能见表4。
表4
Figure 46902DEST_PATH_IMAGE004
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (5)

1. 一种Ni-Cr-Fe基沉淀硬化型变形高温合金，其特征在于：所述合金由如下重量百分比的各组分组成：Cr 18-23%、Fe 4.0-7.0%、Ti 2.5-3.5%、Mn 2.0-4.0%、Nb 0.5-1.0%、Si0.1-0.5%、Ce 0.1-0.5%、C≤0.03%、O≤0.02%、P≤0.03%、S≤0.02%，其余为Ni；
所述的Ni-Cr-Fe基沉淀硬化型变形高温合金，其特征在于：采用如下方法制备而成：
（1）按比例配好原料，其中铬和部分镍以镍铬中间合金的形式准备，将除钛、铬和部分镍以外的其他原料加入到真空感应炉中熔炼，从钢包底部吹入氩气进行脱气和搅拌，待原料全部熔融后，开始从钢包顶部吹入氧气脱碳；
（2）包顶吹氧20-30min后，加入钛和镍铬中间合金，使之熔融分散，当C含量降低至0.03%以下时停止吹氧，改为从钢包顶部和底部同时吹入氩气；
（3）保持包底吹氩，向钢包中加入硅铁、铝块进行脱氧，并加入石灰、萤石造渣，脱硫；
（4）将熔液浇铸成合金锭，然后在惰性气体或真空条件下，对合金锭进行退火处理；
（5）将退火后的合金锭在1100-1200℃下锻造成合金坯，然后轧制成盘条；
（6）通过酸洗、修磨除去盘条表面的氧化皮和锈蚀物，然后在惰性气体或真空条件下，对盘条进行退火处理，然后进行拉拔，得到焊丝；
（7）然后在惰性气体或真空条件下，对焊丝进行退火处理；
所述步骤（1）中的镍铬中间合金中镍的质量百分含量为60-65%；
所述步骤（4）中退火处理的温度为800-900℃，时间为3-5h；
所述步骤（6）中退火处理的温度为650-720℃，时间为2-4h；
所述步骤（7）中退火处理的温度为550-630℃，时间为4-6h。
2. 如权利要求1所述的Ni-Cr-Fe基沉淀硬化型变形高温合金，其特征在于：所述合金由如下重量百分比的各组分组成：Cr 18-20%、Fe 6.0-7.0%、Ti 2.5-3.5%、Mn 2.0-3.0%、Nb0.5-1.0%、Si 0.1-0.3%、Ce 0.1-0.35%、C≤0.03%、O≤0.02%、P≤0.03%、S≤0.02%，其余为Ni。
3. 如权利要求1所述的Ni-Cr-Fe基沉淀硬化型变形高温合金，其特征在于：所述合金由如下重量百分比的各组分组成：Cr 18.5-19.5%、Fe 6.5-7.0%、Ti 2.5-3.0%、Mn 2.0-2.5%、Nb 0.6-0.8%、Si 0.1-0.2%、Ce 0.2-0.3%、C≤0.03%、O≤0.02%、P≤0.03%、S≤0.02%，其余为Ni。
4.如权利要求1所述的Ni-Cr-Fe基沉淀硬化型变形高温合金，其特征在于：所述包顶吹氧速率为每吨熔液200-250L/min。
5. 如权利要求1所述的Ni-Cr-Fe基沉淀硬化型变形高温合金，其特征在于：所述包顶吹氩速率为每吨熔液250-300L/min，包底吹氩的速率为每吨熔液8-15 L/min，所述包顶吹氩的速率大于包顶吹氧的速率。
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