[發明專利]具有氧化鋁阻擋層的鑄造產品及其制造方法

有效

• 申請號: 201380016092.6
• 申請日: 2013-03-07
• 公開（公告）號: CN104204268B
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 遠城暢平;日根野實;浦丸慎一;橋本國秀
• 申請（專利權）人: 株式會社久保田
• 主分類號: C23C8/14
• 分類號: C23C8/14;B22D13/02;B22D29/00;B23K9/23;B23K31/00;C22C19/05;C22C38/00;C22C38/58;C23C8/02;C23C8/18
• 代理公司: 上海市華誠律師事務所31210
• 代理人: 杜娟

技術領域

本發明涉及具有氧化鋁阻擋層的鑄造產品及其制造方法。

背景技術

在耐熱鑄鋼產品例如用于制造乙烯的反應管和分解管、爐底輥、輻射管、耐金屬粉末化材料等中，由于暴露于高溫氣氛下，因此要求使用具有出色的高溫強度的奧氏體系耐熱合金。

在這種奧氏體系耐熱合金中，在高溫氣氛中使用期間，在表面形成金屬氧化物層，該氧化層作為阻擋層用以保護高溫氣氛中的基體材料。

另一方面，當Cr氧化物(主要由Cr₂O₃構成)作為這種金屬氧化物被形成時，由于致密性較低，故其防止氧或碳侵入的功能是不充分的，從而在高溫氣氛下產生內部氧化，氧化物薄膜發生膨脹。此外，這些Cr氧化物在加熱和冷卻的重復循環期間容易剝離，即使是在它們最終未剝離的情況下，因為其防止來自外部氣氛的氧或碳侵入的功能不充分，故存在氧或碳穿過薄膜而在基體材料內產生內部氧化或滲碳的問題。

為了解決該問題，提出在基體材料的表面形成以氧化鋁(Al₂O₃)為主體的氧化物層，與通常的奧氏體系耐熱合金相比，該氧化物層通過增加Al含量而具有較高的致密性并難以透過氧或碳(例如，參照日本特開昭51-78612號公報和日本特開昭57-39159號公報)。

然而，因為Al是鐵素體形成元素，故當其含量增大時，材料的延展性劣化，并且高溫強度降低。該延展性降低的傾向特別在Al的含量超過4％時被觀察到。

因此，雖然可預期上述專利文獻中的奧氏體系耐熱合金通過Al₂O₃提高了阻擋性能，但存在導致基體材料的延展性降低的問題。

因此，為了提供可在Al含量不超過4％時確保氧化鋁阻擋層的高溫穩定性、并且不降低材料的延展性、在高溫氣氛下發揮出色的阻擋功能的鑄造產品，國際公開WO2010/113830號公報提出一種鑄造產品，其中在進行內表面處理使得鑄造體的表面粗糙度(Ra)為0.05-2.5μm之后，通過在氧化性氣氛進行熱處理，在鑄造體的內表面上形成包含Al₂O₃的氧化鋁阻擋層，具有比基體材料基質更高的Cr濃度的Cr基粒子分散在氧化鋁阻擋層與鑄造體之間的界面處。

國際公開WO2010/113830號公報中的鑄造產品由于穩定的氧化鋁阻擋層的存在而在高溫氣氛下使用時可長期穩定地保持出色的耐氧化性、耐滲碳性、耐氮化性、耐蝕性等。

本發明人的研究結果發現，在國際公開WO2010/113830號公報中具有出色的耐氧化性、耐滲碳性、耐氮化性、耐蝕性等的鑄造產品中，如果該鑄造產品被暴露于更高的高溫下，那么拉伸延展性降低。

因此，本發明的第一目標是發現高溫拉伸延展性降低的因素，并提供具有出色的高溫拉伸延展性的氧化鋁阻擋層的奧氏體系鑄造產品。

此外，在通過作為通常的精加工的刮削方法進行對鑄造體的內表面處理的情況下，在鑄造體的表面產生劃痕。該劃痕部分中，由于加工應變被過度地施加并且表面粗糙度變大，故其表面性能不同于基體材料的其他部分。結果是，在隨后進行的熱處理步驟中，在劃痕部分的最外表面上形成了Cr氧化物，并在其正下方形成塊狀的Al氧化物。

于是，由于在劃痕部分中沒有形成均一的Al₂O₃薄膜而主要形成了Cr₂O₃薄膜，故在長時間暴露于約1080℃以上高溫的情況下，與均一地形成了Al₂O₃薄膜的基體材料部分相比，由于劃痕部分中不能通過氧化膜保護基體材料，故易于產生高溫腐蝕。

因此，為了除去該劃痕，考慮進行研磨例如珩磨等，但加工成本增加，并且導致制造周期延長的結果。

此外，在鑄造產品為直管從而具有小直徑或較大長度時，上述研磨例如珩磨等不能對整個長度進行加工，表面粗糙度較大的部分被保留。結果是，在該部分中不能形成期望的Al₂O₃薄膜。

進一步地，具有彎曲部分的所謂U形管是通過彎曲經由加工預先進行了表面處理和熱處理的直管被制造。然而，由于在彎曲直管時，在彎曲部分中產生應變等，故形成于直管表面上的氧化鋁阻擋層會發生剝離。該現象特別地在彎曲部分的內側或腹側被顯著地觀察到。

因此，本發明的第二目標是提供可在整個表面上形成均一的氧化鋁阻擋層的鑄造產品以及其制造方法。