[發(fā)明專利]一種含鈮高碳鎳鐵基合金及制備方法

在審

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• 申請日: 2017-06-27
• 公開（公告）號: CN107326217A
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐雅欣;李文亞;楊夏煒
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C22C19/05
• 分類號: C22C19/05;C22C1/03
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心61204
• 代理人: 王鮮凱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鎳鐵基合金，涉及一種含鈮高碳鎳鐵基合金及制備方法。

背景技術(shù)

近幾年來,隨著石油化學(xué)工業(yè)的技術(shù)不斷進步，對高溫合金管的綜合性能要求越來越苛刻。在石油化工裝置中，高溫裂解爐爐管的應(yīng)用日益廣泛，在長期的高溫環(huán)境下，裂解爐爐管產(chǎn)生高溫損傷，容易發(fā)生爆管失效。裂解爐爐管的爆管失效不僅給生產(chǎn)單位帶來了嚴重的經(jīng)濟損失，更為嚴重的是還危及到了人民的生命和財產(chǎn)的安全。因此，高溫裂解爐爐管的安全可靠性越來越受到廣泛的重視。

裂解爐管長期服役于高溫(1050℃)環(huán)境，管壁處在管內(nèi)烴類滲碳、管內(nèi)外氧化硫化及高溫環(huán)境下，同時又承受內(nèi)壓、自重、溫差及開停車所引起的疲勞、熱沖擊等復(fù)雜的應(yīng)力作用。裂解爐管常見的失效形式有滲碳開裂、彎曲、鼓脹、蠕變開裂、熱疲勞開裂、熱沖擊開裂、氧化等形式，其中由于爐管內(nèi)壁氧化和滲碳引起材料失效的比例最大。由于裂解爐管的運行環(huán)境比較惡劣，要求爐管材料具有良好的抗高溫氧化、抗高溫滲碳以及高蠕變斷裂強度等性能，爐管材料一般選用高鉻、鎳的合金。高含量的鉻、鎳保證了材料的耐蝕性，同時在爐管中還含有鈮、硅等微量元素以提高材料的抗?jié)B碳和抗高溫蠕變性能。因此，考慮到高溫合金管具有較高的高溫強度，良好的抗氧化和抗腐蝕性能，良好的疲勞性能、斷裂韌性等綜合性能，高鎳鉻含量的高溫合金爐管受到廣泛的關(guān)注。

目前，裂解爐爐管用合金主要有HK40或HPNB等，針對裂解爐爐管在使用過程中出現(xiàn)裂紋、高溫熱變形大、等缺陷的問題，主要通過預(yù)處理提高合金的抗腐蝕性能。專利201410185497.9公開了一種抗結(jié)焦裂解爐管，所述爐管基體的元素組成包括Fe、Cr、Ni、Mn、Si、C和微量元素，該爐管具有非常好的抗氧化效果，但是所述爐管內(nèi)表面的氧化膜是經(jīng)過低氧分壓處理后，才能在爐管內(nèi)表面形成的抗結(jié)焦的氧化膜，且氧化膜的覆蓋率不低于80％，氧化膜的厚度為0.5-5μm。專利201410185498.3公開的一種處理高溫合金爐管的方法和高溫合金爐管也是通過對爐管內(nèi)表面進行低氧分壓預(yù)氧化處理形成氧化膜，其中低氧分壓氣氛氣體選自CO₂、CO、CH₄、C₂H₆、C₃H₈、NH₃、H₂O、H₂、N₂、Ar、He、空氣、裂解氣中的至少一種，低氧分壓氣體在爐管中的停留時間為20～2000秒。與上述專利方法不同，本發(fā)明專利通過合金設(shè)計改善裂解爐爐管的服役性能。

一般而言，鈮是高溫合金中重要的強化元素。Ni₃M，M可能是Al,Ti,Nb或Ta，是高溫合金中最重要的沉淀強化相，鈮不僅在γ′和γ″沉淀硬化相中而且在高溫合金γ基的固溶強化中有獨特作用。在鎳基合金中加入鈮能使其在高溫下提高強度。本發(fā)明通過高鈮高碳設(shè)計，獲得高溫強度和良好高溫抗氧化性能抗力的合金。

發(fā)明內(nèi)容

要解決的技術(shù)問題

為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種含鈮高碳鎳鐵基合金及制備方法，該合金在1100℃以下具有良好的抗氧化性能以及抗腐蝕能力。

技術(shù)方案

一種含鈮高碳鎳鐵基合金，其特征在于：合金中包含γ相和由NbC和Cr₂₃C₆共同組成的碳化物相，其中碳化物相的體積分數(shù)14％-20％；組份的化學(xué)成分為：C、Cr、Fe、Nb、Mn、Co、RE以及Ni；各組份的質(zhì)量分數(shù)為：0.4<C<1％、18％≤Cr≤25％、15％≤Fe≤30％、0.2％≤Nb≤2％、0.2％≤Mn≤2％、0.5％≤Mo≤3％、0.02％≤RE≤0.2％、余量為Ni；組合物中各組分的質(zhì)量百分比之和為100％。

所述RE為Y或Ce。

所述的C的質(zhì)量分數(shù)為0.5％-1％。

所述的Cr的質(zhì)量分數(shù)為20％-25％。

所述的Mn的質(zhì)量分數(shù)為0.5％-1.6％。

所述的Mo的質(zhì)量分數(shù)為0.8％-2.5％。

所述的RE的質(zhì)量分數(shù)為0.05％-0.15％。

一種制備所述含鈮高碳鎳鐵基合金的方法，其特征在于步驟如下：