[發明專利]一種鐵基耐熱合金及其制備方法

無效

• 申請號: 201110188897.1
• 申請日: 2011-07-07
• 公開（公告）號: CN102268611A
• 公開（公告）日: 2011-12-07
• 發明（設計）人: 徐振偉;付占東
• 申請（專利權）人: 徐振偉;付占東
• 主分類號: C22C38/54
• 分類號: C22C38/54;C22C38/52;C22C38/44;C22C38/46;C22B9/18
• 代理公司: 大連一通專利代理事務所(普通合伙) 21233
• 代理人: 郭麗華

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技術領域??本發明涉及一種合金及其制備方法。

背景技術??目前，百萬千瓦大型汽輪機組的法蘭和緊固件，均采用鎳基超合金（WR26）。該合金在高溫下具有強度高、耐蝕性強等優良性能，但上述汽輪機組的工作條件為中低溫狀態（780℃以下），在該溫度下鎳基超合金（WR26）抗疲勞強度差，導致使用壽命短，同時該合金成本高又導致汽輪機組造價高。

發明內容??本發明的目的在于提供一種不僅各項性能指標符合技術要求而且成本低、使用壽命長的鐵基耐熱合金及其制備方法。

本發明的鐵基耐熱合金為：1Cr19Ni12W3NbN，其各組分的重量百分含量如下：C?0.10-0.18%，Mn?0.4-0.8%，P≤?0.015%，S≤?0.01%，Si?0.4-0.7%，W?2.9-3.6%，Cr?19.05-21.95%，Ni?11.50-13.0%，B?≤0.01%，N?0.20-0.28%，Mg?0.001-0.008%，Co?≤2.0%，V?≤1.0%，Mo≤0.5%，Nb+Ta%?0.85-1.25%；并且鉻和氮的比值：Cr/N≤98。

最好根據下面公式計算鉻當量、鎳當量：

鉻當量=Cr+6Si+4Mo+1.5W+11V+5Nb，

鎳當量=40C+2Mn+4Ni+2Co+30N，

鉻當量和鎳當量的應位于不銹鋼相圖奧氏體區域內。

本發明的制備方法如下：

1、熔煉：將金屬鎳、微碳鉻鐵、氮化鉻、鈮鐵置于感應爐中加熱使之熔化，在出鋼前加入硼鐵、金屬鈰和鎳鎂合金。在1650℃出鋼澆注Φ200mm電極棒。檢測其各組分百分含量是否在規定的范圍內，并計算鉻鎳當量是否在不銹鋼相圖奧氏體區域內。

2、電渣重熔：將上述電極棒置于重熔爐中進行電渣冶煉，熔成鋼錠。該電渣冶煉采用四元渣系電渣，該四元渣系包括有：氧化鈣（CaO）8-12%，氟化鈣（CaF2）63-67%，三氧化二鋁（Al2O3）18-22%，氧化鎂（MgO）3-7%。渣量采用下面公式計算：渣量=（4-5）%G錠，其中G錠為電渣錠重。

3、鍛造：將上述鋼錠置于固溶爐中加熱，溫度為1140-1160℃，然后用壓力機鍛造，終鍛溫度大于900℃，變形量大于20%，鍛成圓棒或圓餅。檢驗晶粒度大于6級為合格。

4、熱處理：在成品鍛造時，鋼錠在1150℃變形量大于等于20%時采用直接時效工藝（DA工藝），750-770℃實施時效工藝16-20?小時。

5、機加工：使用車床對鋼錠表面車削即可獲得銀亮的圓棒或圓餅成品。

???本發明與現有技術相比具有如下優點：

1、本發明采用氮作為間隙固溶體強化合金，提高了該金屬材料的σb值，其大于等于850Mpa。可代替WR26鎳基合金在低于780℃下的耐蝕、抗冷及熱疲勞狀態下使用。

2、通過鐵基代替鎳鈷基產品，既節約鎳鈷稀有金屬又大大降低產品成本，采用本發明合金制成的產品僅是WR26鎳基合金產品成本的1/4.

3、通過直接時效工藝可省去常用的成品熱處理固溶工藝，不僅節約能源、降低成本，而且縮短了工藝流程。

4、用戶可對本發明的鋼錠直接進行機械加工，即獲得最終產品，無需進行熱處理，使后續加工簡單。

具體實施方式

例1

向2噸中頻感應爐中加入250千克鎳板、750千克微碳鉻鐵、80千克氮化鉻、94千克鎢鐵、41千克鈮鐵，然后開啟電源，將上述原料加熱熔化。在出鋼前加入1.1千克硼鐵、0.2千克金屬鈰和0.75千克鎳鎂合金。在1650℃出鋼澆注Φ200mm電極棒。檢測其各組分百分含量均在規定的范圍內，并計算鉻鎳當量也在不銹鋼相圖奧氏體區域內。把上面澆注的Φ200mm電極棒置于5噸電渣重熔爐中，控制電流為7200A?、電壓58V。采用四元渣系，其中氧化鈣6千克，氟化鈣33.5千克，三氧化二鋁11千克，氧化鎂3.5千克，把Φ200mm電極棒用四元渣系冶煉成Φ380mm鋼錠。該鋼錠中各組分的含量分別為：C?0.10-0.18%，Mn?0.4-0.8%，P?0.015%，S?0.01%，Si?0.4-0.7%，W?2.9-3.6%，Cr?19.05-21.95%，Ni?11.50-13.0%，B?0.01%，N?0.20-0.28%，Mg?0.001-0.008%，Co?2.0%，V?1.0%，Mo?0.5%，Nb+Ta%?0.85-1.25%。

將上述鋼錠置于24米連續爐中，加熱1160℃，使用2500噸壓力機鍛造，終鍛溫度大于900℃，變形量大于20%，鍛成Φ120mm圓棒。檢驗晶粒度大于6級。在成品鍛造時，鋼錠在1150℃變形量≥20%時采用直接時效工藝在760℃時效16?小時，使用電阻絲加熱的4米井式爐。檢驗產品性能：σb≥850Mpa，σ0.2≥580Mpa、δ5≥20%以上，晶粒度≥6級。使用車床表面車削成Φ120mm銀亮圓棒材成品。