CN1974816A - 耐高温镍铬合金及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种有较高熔点能够长时间耐受1300℃以上高温，且同时具有较好抗拉强度和屈服强度的镍铬合金及其制造方法，成分的重量百分比为：0＜C≤0.1，0＜Si≤0.5，0＜Mn≤1.0，0＜S＜0.015，Cr：21～25，Ni：58～63，Al：1.0～1.7，0＜Cu＜1.0，Fe为余量制造方法包括下列步骤：按上述合金成分进行配料后冶炼；进行二次精炼；先加热至900℃～1200℃，保温10～40分钟后进行在锻造；进行冷加工；进行水冷却。本发明的优点在于提高了合金的耐高温性能和抗拉强度和屈服强度，具有较好的综合效益，所述的制造方法解决了合金冶炼、热处理的问题，提高了产品的纯度。
Description
技术领域
本发明涉及一种镍铬合金材料及其制造方法，尤其是一种耐高温镍铬合金及其制造方法。
背景技术
目前普通耐高温合金材料如CH1040、CH3030等材料的耐高温性能不够，只能在600℃～1200℃之间的温度下工作，而且时间不长，耐高温、耐氧化性都很不够。目前常见的镍铬合金材料如2Cr13Ni13、2Cr15Ni20、1Cr16Ni25等耐高温性能都不够理想，即便是Cr20Ni80等一系列高电阻电热合金其使用的最高温度也只能达到1200℃。因此，当材料需要在1200℃以上高温情况下使用，如将其应用于大型电烘箱、微波炉、洗衣机、点火器之中时，就会带来许多问题。从国际上来看，美国耐热合金国际公司对外售出的803合金材料，是专门为石化、化工和热加工环境下使用而设计的一种镍铬合金，其熔点也只达到了1300℃，而且其抗拉强度、屈服强度等物化性能也不够理想。在制造生产类似耐高温合金材料时，在冶炼、热处理方面很容易发生材料开裂、波浪形等问题。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种有较高熔点能够长时间耐受1300℃以上高温的，且同时具有较好抗拉强度和屈服强度的镍铬合金材料及其制造方法。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种耐高温镍铬合金，基本由以下成分的重量百分比组成：0＜C≤0.1，0＜Si≤0.5，0＜Mn≤1.0，0＜S＜0.015，Cr：21～25，Ni：58～63，Al：1.0～1.7，0＜Cu＜1.0，Fe为余量。
采用以上技术方案，与现有常见的镍铬合金相比，本发明的显著优点是：
1、耐高温性能明显增强。通过调整配比，产品的耐高温、耐氧化性能明显得到了提高，其熔点可以超过1400℃，比803耐高温合金材料1300℃的熔点要高，更是远远超过了一般耐高温合金材料所能耐受的1000℃～1100℃，可以长时间的工作在1300℃～1360℃的高温下。
2、综合性能明显改善。通过常规产品配方多次组合调整试验，本发明大胆调整配比，打破常规增加铝、铜含量，使合金材料的金相组织得到明显改善，同时兼顾了强度、使产品的抗拉强度大增加了40％，屈服强度增加了35％，伸长率增加了35％。
| 产品 | 拉力试验 | 硬度试验 | |||
| 屈服强度 | 抗拉强度 | 伸长率 | HRB | HV | |
| 本发明 | ≥315 | ≥705 | ≥45 | ≤100 | ≤220 |
| 1Cr16Ni25 | ≥205 | ≥560 | ≥40 | ≤100 | ≤220 |
3、成本效益较高。通过配比的调整，本发明的产品价格要比普通镍铬合金材料要高，但由于其大大提高了产品的耐高温性能，其综合性能也得到了明显改善，产品档次随之得到了明显提高了，相比之下，其成本还是降低了。
本发明的具体原理是：
铬(Cr)能显著提高强度、硬度、耐磨性、抗氧化性、耐腐蚀性，可以作为耐高温合金材料的重要合金元素，但铬同时也有降低塑性和韧性的不足，故而也不宜过多，本发明将铬重量百分比控制在21％～25％之间。
镍(Ni)具有良好的可成形性，能增强合金材料的强度、塑性和韧性，对酸碱也有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力，但由于镍是较稀缺的资源，价格较高，镍也不宜过多，故而本发明将铬重量百分比控制在58％～63％之间。
铝(Al)因其熔点并不高只有660℃，故而一般在制造耐高温材料时很少加入铝，即便加入其含量一般也不会超过1％，但本发明考虑铝具有有较好的延展性、抗氧化性和抗腐蚀性能，铝与铬、硅合用还可显著提高合金材料的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力，所以本发明将铝重量百分比控制在1％～1.7％之间。
铜(Cu)元素的加入会提高合金材料的强度和韧性，特别是大气腐蚀性能，缺点是在热加工时容易产生热脆，降低合金材料的机械性能，所以本发明将铜重量百分比控制在大于0小于1％之间。
锰(Mn)是良好的脱氧剂和脱硫剂，可以改善合金材料的热加工性能，但不能过多，故而本发明将锰重量百分比控制不超过1％即可。
硫(S)在通常情况下是有害元素，易使合金材料产生热脆性，降低合金材料的延展性、韧性、耐腐蚀性，易在锻造和轧制时造成裂纹，一般在镍铬合金中作为杂质存在，故而本发明将硫重量百分比控制在0.015％之下。
硅(Si)能提高合金的弹性极限、屈服点和抗拉强度，其与铬的结合还可提高材料抗腐蚀性和抗氧化的性能，但一般在镍铬合金中作为杂质存在，故而本发明将硅重量百分比控制在不超过0.5％。
碳(C)一般在镍铬合金中作为杂质存在，含碳量增加可使屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，为了保证本发明的性能符合要求，故而本发明将碳重量百分比控制在不超过0.1％。
由于本发明中产品成分配比做了调整，且加入了铜、铝，对传统的现行的镍铬合金制造方法进行了改进，包括如下步骤：第一步，按上述合金成分进行配料后，进行冶炼；第二步，进行二次精炼；第三步，进行热加工，先加热至900℃～1200℃，保温10～40分钟后进行在锻造；第四步，进行冷加工；第五步，进行水冷却。
采用了上述制造方法后，与传统方法相比具有以下显著优点：一是在工艺流程中打破常规采用了多次熔炼，改变其金相组织，使其力学、化学、热学性能得到了改善，使产品的纯度得到了提高。二是采用先加热后保温的方式克服了锻造加热时温度有时偏高偏低的现象，解决了生产过程中出现的热锻造时开裂的问题。三是改常用的风冷为水冷减缓了冷却速度，解决了最后热处理过程中容易出现的严重的波浪形状。
具体实施方式
下面通过实施例进一步说明本发明。
实施例1：耐高温镍铬合金配方组成为：C：0.1(重量百分比，下同)，Si：0.5，Mn：1.0，S：0.014，Cr：21，Ni：58，Al：1.0，Cu：0.01，Fe为余量。
按上述合金成分进行配料后，进行冶炼；第二步，进行二次精炼；第三步，进行热加工，先加热至900℃，保温40分钟后进行在锻造；第四步，进行冷加工；第五步，运用水冷却进行热处理。
实施例2：耐高温镍铬合金配方组成为：C：0.08(重量百分比，下同)，Si：0.5，Mn：1.0，S：0.014，Cr：25，Ni：63，Al：1.7，Cu：0.99，Fe为余量。
按上述合金成分进行配料后，进行冶炼；第二步，进行二次精炼；第三步，进行热加工，先加热至1200℃，保温10分钟后进行在锻造；第四步，进行冷加工；第五步，运用水冷却进行热处理。
实施例3：耐高温镍铬合金配方组成为：C：0.05(重量百分比，下同)，Si：0.1，Mn：0.3，S：0.008，Cr：23，Ni：60，Al：1.3，Cu：0.5，Fe为余量。
按上述合金成分进行配料后，进行冶炼；第二步，进行二次精炼；第三步，进行热加工，先加热至950℃，保温15分钟后进行在锻造；第四步，进行冷加工；第五步，运用水冷却进行热处理。
实施例4：耐高温镍铬合金配方组成为：C：0.01(重量百分比，下同)，Si：0.01，Mn：0.01，S：0.005，Cr：24，Ni：62，Al：1.5，Cu：0.1，Fe为余量。
按上述合金成分进行配料后，进行冶炼；第二步，进行二次精炼；第三步，进行热加工，先加热至1050℃，保温20分钟后进行在锻造；第四步，进行冷加工；第五步，运用水冷却进行热处理。
Claims (2)
1、一种耐高温镍铬合金，基本由以下成分的重量百分比组成：0＜C≤0.1，0＜Si≤0.5，0＜Mn≤1.0，0＜S＜0.015，Cr：21～25，Ni：58～63，Al：1.0～1.7，0＜Cu＜1.0，Fe为余量。
2、一种制造权利要求1所述的耐高温镍铬合金的方法，包括如下步骤：
第一步，按上述合金成分进行配料后冶炼；
第二步，进行二次精炼；
第三步，进行热加工，先加热至900℃～1200℃，保温10～40分钟后进行锻造；
第四步，进行冷加工；
第五步，进行水冷却。
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