[發明專利]一種抗高溫氧化的合金鋼及其制備方法

有效

• 申請號: 201310221573.2
• 申請日: 2013-06-05
• 公開（公告）號: CN103320673A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 高義民;邢建東;皇志富;符寒光;鄭開宏
• 申請（專利權）人: 西安交通大學;廣州有色金屬研究院
• 主分類號: C22C33/06
• 分類號: C22C33/06
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

技術領域

本發明屬于合金鋼技術領域，涉及一種合金鋼及其制備方法，尤其是一種抗高溫氧化的合金鋼及其制備方法。

背景技術

HP40合金因其優異的高溫強度、良好的抗氧化與高溫抗腐蝕性而作為裂解爐管的關鍵部件在石化產業中得以廣泛應用。但是最近有研究認為，HP40合金中含有較高的鎳會促進爐管內壁結焦，并向爐管內部滲碳，嚴重降低爐管使用壽命。通常認為合金高溫服役期間，在材料表面形成一層完整致密的氧化鉻可以有效地保護基體，提高合金的使用壽命。在此基礎上，有人通過預氧化的方法促進合金表面形成一層致密氧化鉻，以提高合金的抗高溫腐蝕能力。但是由于合金服役期間受到熱應力的影響，因此氧化膜容易剝落，從而失去其對基體的保護性。另一方面，當硅元素以不連續內氧化產物的形式存在于氧化膜與基體界面時，可以顯著提高氧化膜與基體結合強度。

為了提高合金鋼的抗高溫氧化性能，中國發明專利CN1391517公開了具有良好耐高溫氧化性的耐熱合金的制備方法，其中由奧氏體的耐熱鎳基合金或鈷基合金或不銹鋼構成的良好變形性的基礎材料在一面或兩面上涂覆上一層鋁或鋁合金，這種由基礎材料和鋁涂層形成的復合材料有良好的粘附性，通過變形在有或沒有中間退火的情況下形成最終尺寸。中國發明專利CN101798662A還公開了一種抗高溫氧化性的篦條及其制備方法，該發明包括如下重量百分含量的組分：C0.3～0.6％，N0.2～0.4％，Cr22～25％，Si0.3～0.5％，Mn3～4％，Ni6～8％，B0.001～0.002％，Zr＜0.01％，余量為Fe。該發明的篦條采用熔化、精煉、合金化和澆注幾個階段進行制備而成。該發明篦條具有高硬度和較好沖擊性能，在高溫下抵抗變形能力提高，同時耐磨性也提高，由于該發明篦條的氧化膜中不含Mn₃O₄，使得其氧化膜在高溫下穩定且致密性和連續性較好，與基材的結合程度較高，具有優良的抗氧化性能，優于現有篦條。中國發明專利CN101746090A還公開了一種高溫合金表面抗高溫氧化及阻止第二次反應區形成的粘結層及其制備方法。首先采用電鍍的方法在基體上電鍍一層Ru，然后采用電子束物理氣相沉積方法沉積上一層MCrAlYHf層，從而制得MCrAlYHf/Ru雙層結構粘結層。這種雙層結構粘結層能有效地阻擋基體與涂層間元素的互擴散，抑制第二次反應區(SRZ)的形成，從而提高高溫合金的抗高溫氧化性能，是一種新型的熱障涂層粘結層材料。中國發明專利CN1465745還公開了一種高溫合金抗高溫氧化及熱腐蝕的方法，其特征在于：首先在高溫合金基體的表面制造一厚度為10～100μm的MCrAlY涂層，M選自Ni、Co或NiCo；再在MCrAlY涂層的表面燒制一厚度為20～100μm的搪瓷涂層，搪瓷涂層的成分為重量百分比：SiO255-63，Al2O33.4-9.7，ZrO23-6，ZnO8-12，B2O33-10，CaO3-6，Na2O3-4，稀土RuO、CeO、Y2O31-2，MgO、NiO、CoO余量。該發明搪瓷涂層不但可以抑制氧，氯等離子進入MCrAlY涂層，另一方面由于搪瓷低的導熱系數，還可提高基體合金的使用溫度，從而具有熱障涂層的作用。中國發明專利CN1775984還公開了一種抗高溫氧化及耐高溫腐蝕的高溫合金，合金化學成分的重量百分比為C≤0.08％、Si≤0.8％、Mn≤0.8％、Ni40～50％、Cr14～20％、Al3.8～7.5％、Y≤0.3％、余量為Fe。該合金最高使用溫度達1350℃，長期使用最高溫度達1300℃，同時具有優異的高溫抗氧化性能和一定的高溫耐腐蝕性能、較高的高溫強度，并能夠進行冷、熱變形加工以生產出合金材的高溫合金，應用于制作高溫模具、高溫夾具、高溫抗氧化、高溫耐腐蝕熱電偶保護管等，克服了剛玉、二硅化鉬管以及高溫合金表面涂層等方法的缺點，解決了1200～1350℃這一溫區測溫用熱電偶保護管材料問題。中國發明專利CN1370848還公開了一種耐熱耐磨耐高溫氧化抗熱腐蝕硅化物合金。該合金的成分范圍：Si：2－30％，Al：0.2－15％，C：0.2－10％，Cr：2－40％，Ni：2－60％，Fe：2－60％，還可添加Ti：0－50％，或/和W：0－70％，或/和Mo：0－50％通過冶煉惰性氣體霧化制成。中國發明專利CN1431338還公開了一種提高TiAl合金抗高溫氧化的鉻改性鋁化物涂層的制備，該涂層由鋁67、鈦25和鉻8組成，其制備工藝采用包埋滲的方法制備，其方法是：先按量準確稱取滲劑，滲劑的配比按重量百分比為：8-12％鋁，25-35％鉻，1-3％氯化鈉，2-4％氯化氨，其余為三氧化二鋁；將稱取好的滲劑進行研磨和攪拌；將充分混合好的滲劑置于溫度為110℃的烘箱中進行烘干；把烘干過的滲劑裝入坩堝，并把試樣埋入滲劑中，再將坩堝置入高溫電阻爐后通入干燥氬氣，加熱到1100℃，通過控制時間，實現在TiAl合金表面制備不同厚度的鉻改性鋁化物涂層。