SE513989C2 - Förfarande för tillverkning av ett FeCrAl-material och ett sådant marerial - Google Patents

Description

20 25 30 515 989 Efter malning erhålles ett pulver som sedan kan konsolideras genom exempelvis varmextrusion eller hetisostatisk pressing till en heltät produkt. Ãven om Yfih anses vara en mycket stabil oxid ur termodynamisk synvinkel, kan små partiklar av yttrium transformeras eller lösas i metallmatrix vid olika omständigheter.

Det är känt att yttriumpartiklar vid mekanisk legering reage- rar med aluminium och syre varvid Y-Al - oxider av olika slag bildas. Kompositionen av dessa blandade oxidinneslutningar kommer att ändras och deras stabilitet kommer att sjunka under en lång tids användning av materialet pà grund av att omgivande matrix kommer att förändras.

Det har vidare rapporterats att en tillsats av ett starkt oxidbildande element i form av titan till ett mekaniskt lege- rat material innehållande Yflh och 12% Cr kan förorsaka ut- skiljning av komplexa (Y+Ti)-oxider, vilket resulterar i ett material med högre hàllfasthet än ett material fritt fràn Ti.

Ytterligare förbättring av varmhàllfastheten erhålles genom att tillsätta molybden.

Det är sàledes möjligt att erhålla ett material med goda hàllfasthetsegenskaper genom att använda mekanisk legering.

Emellertid är mekanisk legering förknippad med flera nackde- lar. Mekanisk legering genomföres satsvis i högenergikvarnar, där komponenterna blandas till en homogen blandning. Sats- storleken är relativt begränsad och malningsprocessen kräver relativt läng tid. Malningsprocessen är dessutom energikrä- vande. Sammantaget är den avgörande nackdelen med mekanisk legering att produktionskostnaderna är höga. 10 15 20 25 30 513 989 Ett förfarande för att tillverka ett ÉeCrAl - material lege- rat med fina partiklar utan att behöva tillgripa högenergi- malning skulle vara mycket fördelaktigt ur kostnadssynpunkt.

Det vore fördelaktigt om materialet kunde framställas genom gasatomisering, d.v.s. framställning av ett fint pulver som senare sammanpressas. Detta är billigare än att framställa pulvret genom malning. I samband med det snabba stelningsför- loppet sker utskiljning av mycket små karbider och nitrider, vilka är önskvärda.

Emellertid utgör titanet ett stort problem vid atomisering av ett FeCrAl material. Problemet bestär i att små partiklar av huvudsakligen TiN och TiC bildas i smältan före atomisering- en. Dessa partiklar tenderar att fastna pä det eldfasta mate- rialet. Eftersom smältan passerar genom en relativt fin kera- misk dysa före atomiseringen kommer nämnda partiklar att fastna pà dysan och därvid gradvis byggas pä. Detta leder till att smältdysan sätts igen, varvid atomiseringen mäste avbrytas. Dylika produktionsavbrott är kostsamma och besvä- rande, vilket medför att titanhaltiga FeCrAl material i prak- tiken inte framställs medelst atomisering.

Föreliggande uppfinning löser detta problem och anvisar ett förfarande där ett FeCrAl material kan framställas medelst atomisering.

Föreliggande uppfinning avser således ett förfarande för framställning av ett FeCrAl material genom gasatomisering, vilket material förutom järn (Fe), krom (Cr) och aluminium (Al) innehåller mindre fraktioner av ett eller flera av mate- rialen molybden (Mo), hafnium (Hf), zirkonium (Zr), yttrium (Y), kväve (N), kol (C) och syre (O), och utmärkes av, att 10 15 20 25 30 513 989 smàltan som skall atomiseras bringas att innehålla 0.05 - 0.50 vikts% tantal (Ta) och samtidigt mindre än 0.10 vikts% titan (Ti).

Vidare hänför sig uppfinningen till ett material av det slag och med de huvudsakliga särdrag som angives i patentkrav 6.

Föreliggande uppfinning hänför sig till ett förfarande för framställning av ett FeCrAl material genom gasatomisering.

FeCrAl materialet innehåller förutom järn (Fe), krom (Cr) och aluminium (Al) mindre fraktioner av ett eller flera av mate- (Zr), yttrium rialen molybden (Mo), hafnium (Hf), zirkonium (Y), kväve (N), kol (C) och syre (O).

Enligt uppfinningen bringas smàltan som skall atomiseras att innehålla 0.05 - 0.50 vikts% tantal (Ta) och samtidigt mindre än 0.10 vikts% titan (Ti).

Det har nämligen visat sig att tantal ger hållfasthetsegen- skaper som är jämförbara med de som erhålles när titan an- vänds samtidigt som TiC och TiN inte bildas i sådan mängd att dysan sätts igen. Detta gäller även om 0.10 vikts% Ti finns närvarande i smàltan.

Genom att använda tantal istället för àtminstone en del av mängden titan är det således möjligt att tillverka ifrågava- rande material genom gasatomisering.

Det är vanligt och även möjligt att använda Argon (Ar) som atomiseringsgas. Emellertid adsorberas argon dels på till- gängliga ytor, dels i porer i pulverkornen. I samband med efterföljande varmkonsolidering och varmbearbetning av pro- dukten kommer argonet att ansamlas under högt tryck i mikro- 10 15 20 25 30 513 989 defekter. Vid senare användning vid lägre tryck och hög tem- peratur sväller dessa defekter upp till porer, vilket försäm- rar hållfastheten.

Kvävgasatomiserat pulver har ej samma beteende eftersom kväve har högre löslighet i metallen än argon och eftersom kväve kan bilda nitrider. Vid gasatomisering med ren kvävgas reage- rar aluminiumet med gasen, varvid en kraftig uppnitrering av pulverkornens yta kan uppstå. Nitreringen gör det svårt att skapa bindning mellan pulverkornen vid HIP-ning (Hot Isosta- tic Pressing), vilket leder till svårigheter att varmbearbeta det erhållna ämnet. Enstaka pulverkorn kan dessutom bli så hårt nitrerade att huvuddelen av aluminiumet blir bundet som nitrider. Sådana partiklar saknar förmåga att bilda en skyd- dande oxid. De kan därför störa oxidbildningen om de hamnar nära ytan hos den slutliga produkten.

Det har visat sig att om man tillför en kontrollerad mängd syrgas i kvàvgasen får man en viss oxidering av pulverytorna samtidigt som nitreringen minskar avsevärt. Risken för oxid- störningar minskar dessutom kraftigt.

Enligt ett mycket föredraget utförande bringas därför kvävgas (N2) att användas som atomiseringsgas samtidigt som en viss mängd syrgas (02) tillsätts till atomiseringsgasen, där mäng- den syrgas bringas att vara sådan att det atomiserade pulvret innehåller 0.02 - 0.10 vikts% syre (0) samtidigt som kväve- halten i pulvret är 0.01 - 0.06 vikts%.

Enligt ett föredraget utförande bringas smältan att ha sådan sammansättning att det efter atomisering erhållna pulvret har följande sammansättning i vikts%: Fe balans 10 15 Cr 15 - 25 vikts% Al 3 - 7 MO 0 - 5 Y 0.05 - 0.60 Zr 0.01 - 0.30 Hf 0.05 - 0.50 Ta 0.05 - 0.50 Ti 0 - 0.10 C 0.01 - 0.05 0.01 - 0.06 O 0.02 - 0.10 Si 0.10 - 0.70 Mn 0.05 - 0.50 0 - 0.08 S O - 0.005 513 989 Enligt en särskilt fóredragen utföringsform bringas smältan att ha sàdan sammansättning att det efter atomisering erhåll- na pulvret har följande ungefärliga sammansättning i vikts%: 20 25 30 Fe balans Cr 21 vikts% Al 4.7 Mo 3 Y 0.2 Zr 0.1 Hf 0.2 Ta 0.2 Ti < 0.05 C 0.03 N 0.04 O 0.06 Si 0.4 Mn 0.15 15 20 515 989 P <0.02 S <0.00l Materialets kryphållfasthet efter värmebehandling i stor utsträckning påverkas av förekomsten av oxider av yttrium och tantal samt karbider av hafnium och zirkonium.

Enligt en föredragen utföringsform skall därför värdet av formeln (( 3xY + Ta)xO) + (( 2xZr + Hf)x(N + C)), där grund- ämnena i formeln skall ersättas av respektive grundämnes halt i smältan i vikts%, överstiga 0.04 men understiga 0.35.

Ovan har ett antal utföringsexempel beskrivits. Det är dock uppenbart att en viss modifikation av materialsammansâttning kan ske och därvid àndà uppnà ett tillfredsställande materi- al.

Föreliggande uppfinning skall således inte anses begränsad till de ovan angivna utföringsexemplen, utan kan varieras inom dess av bifogade patentkrav angivna ram.

Claims (9)

10 15 20 25 30 513 989

1. Förfarande för framställning av ett FeCrAl material genom gasatomisering, vilket material förutom järn (Fe), krom (Cr) (Al) flera av materialen molybden (Mo), hafnium (Hf), (Y), kol (C) och syre (O), n e t e c k n a t och aluminium innehåller mindre fraktioner av ett eller zirkonium kväve (N), k à n - (Zr), yttrium a v, att smältan som skall atomiseras bringas att innehålla 0.05 - 0.50 vikts% tantal (Ta) och samtidigt mindre än 0.10 vikts% titan (Ti).

2. Förfarande enligt krav 1, k à n n e t e c k n a t a v, bringas att användas som atomiseringsgas och (02) gasen, där mängden syrgas bringas att vara sådan att det att kvävgas (Nfi av att en viss mängd syrgas tillsätts till atomiserings- atomiserade pulvret innehåller 0.02 - 0.10 vikts% syre (0) samtidigt som kvävehalten i pulvret är 0.01 - 0.06 vikts%.

3. Förfarande enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k - att småltan bringas att ha sådan sammansättning n a t a v, att det efter atomisering erhållna pulvret har följande sam- mansâttning i vikts%: Fe balans Cr 15 - 25 vikts% Al 3 - 7 Mo O - 5 Y 0.05 - 0.60 Zr 0.01 - 0.30 Hf 0.05 - 0.50 Ta 0.05 - 0.50 Ti 0 - 0.10 0.01 - 0.05 N 0.01 - 0.06 515 989 O 0.02 - 0.10 Si 0.10 - 0.70 Mn 0.05 - 0.50 P 0 - 0.08 S 0 - 0.005

4. Förfarande enligt krav 3, k å n n e t e c k n a t a v, att smältan bringas att ha sådan sammansättning att det efter atomisering erhållna pulvret har följande ungefärliga samman- sättning i vikts%: Fe balans Cr 21 vikts% Al 4.7 Mo 3 Y 0.2 Zr 0.1 Hf 0.2 Ta 0.2 Ti < 0.05 C 0.03 0.04 0.06 Si 0.4 Mn 0.15 P < 0.02 S < 0.001

5. Förfarande enligt krav 1, 2, 3 eller 4, k ä n n e - t e c k n a t a v, att värdet av formeln (( 3xY + Ta)xO) + (( 2xZr + Hf)x(N + C)), där grundämnena är angivna i vikts% i smàltan, skall överstiga 0.04 men under- stiga 0.35. 10 15 20 25 30 513 989 10

6. Högtemperaturmaterial av en pulvermetallurgisk FeCrAl - legering framställd genom gasatomisering, vilket material förutom järn (Fe), krom (Cr) och aluminium (Al) innehåller mindre fraktioner av ett eller flera av materialen molybden zirkonium (Zr), yttrium (Y), kväve (N), (Mo), hafnium (Hf), kol (C) och syre (O), rialet innehåller 0.05 - 0.50 vikts% tantal (Ta) och samti- att mate- k ä n n e t e c k n a t a v, digt mindre än 0.10 vikts% titan (Ti).

7. Högtemperaturmaterial enligt krav 6, k à n n e t e c k - n a t a v, att det genom gasatomisering erhàllna pulvret har följande sammansättning i vikts%: Fe balans Cr 15 - 25 vikts% A1 3 - 7 Mo O - 5 Y 0.05 - 0.60 Zr 0.01 - 0.30 Hf 0.05 - 0.50 Ta 0.05 - 0.50 Ti 0 - 0.10 C 0.01 - 0.05 0.0l - 0.06 0.02 - 0.10 Si 0.10 - 0.70 Mn 0.05 - 0.50 P 0 - 0.08 S 0 - 0.005

8. Högtemperaturmaterial enligt krav 7, k ä n n e t e c k - n a t a v, att erhållna pulvret har följande ungefärliga sammansättning i vikts%: Fe balans 10 15 20 25 Cr Al Mo Zr Hf Ta Ti Si Mn

9. k ä n n e t e c k n a t (( 3xY + Ta)xO) + (( 2xZr + Hf)x(N + C)), där grundämnena är angivna i vikts% i smâltan, skall överstiga 0.04 men under- 515 989 ll 21 vikts% o o o o o A o o o o w ß o o N L; h L, ' m n < 0.02 < 0.001 Högtemperaturmaterial enligt krav 6, 7 eller 8) a v, att värdet av formeln stiga 0.35.