[發明專利]具有優異高溫耐腐蝕性和抗蠕變性的高鋁奧氏體合金

在審

• 申請號: 202110026450.8
• 申請日: 2021-01-08
• 公開（公告）號: CN112853155A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 張明昊;都坤;裴健;丁天臻;葉國蔚
• 申請（專利權）人: 煙臺瑪努爾高溫合金有限公司
• 主分類號: C22C19/05
• 分類號: C22C19/05;C22C1/02;C22C30/00;B22D13/02
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 辛元石;韋東

本發明提供一種高鋁奧氏體合金和高鋁奧氏體離心鑄管，該高鋁奧氏體合金和高鋁奧氏體離心鑄管在900℃及以上的溫度下具有優異的耐腐蝕性能和抗蠕變性能，同時具有所需的力學性能。以重量百分比計，本發明的高鋁奧氏體合金或高鋁奧氏體離心鑄管的元素組成為：C，0.3?0.7％；Mn，0?0.5％；Si，0?0.5％；Cr，20?26％；Ni，40?50％；Al，3.5?5％；Ti，0.01?0.3％；Zr，0.01?0.3％；Nb，0.1?1％；Ta，0.01?2％；Mo，0.01?1％；W，0.01?1.9％；N，0.001?0.04％；Re，0.03?0.3％；余量為Fe和不可避免的雜質。本發明還涉及制造本發明的高鋁奧氏體合金和高鋁奧氏體離心鑄管的方法。

技術領域

本發明涉及奧氏體合金領域，具體涉及具有優異高溫(≥900℃)耐腐蝕性和抗蠕變性的高鋁奧氏體合金。

背景技術

鎳鉻奧氏體耐熱合金一直被廣泛應用于石油化工行業。該行業使用的裝置(如用于蒸汽裂解的裂解管)一方面要經受爐管外部接近1100℃的燃燒，另一方面材料也要經受爐管內部烴類物質氣體帶來的滲碳腐蝕以及外表面的高溫氧化，因此要求材料在高溫環境下有良好的耐高溫和耐腐蝕性能以及高溫力學性能，如抗蠕變性能和高溫塑性等。

鎳鉻奧氏體耐熱合金中最常用的兩種合金為ZG45Ni35Cr25NbM和ZG50Ni45Cr35NbM(下文用35/45代替ZG50Ni45Cr35NbM)，其中35/45合金用在更高溫度和更劇烈的腐蝕環境工況下。使用時，腐蝕性氣體會與合金作用發生高溫氧化以及腐蝕，在爐管內表面會形成一定厚度的金屬氧化物層，保護材料不被進一步的氧化和腐蝕。35/45合金中形成的金屬氧化物層主要為Cr₂O₃+SiO₂復合氧化層/膜。該氧化層在低于1050℃時，比較穩定，能有效阻止材料的氧化以及滲碳腐蝕。然而，當溫度高于1050℃時，氧化鉻熱穩定性變差，當爐管受到應力作用時，氧化層容易出現裂紋，使得其連續性和致密性下降，不足以繼續保護材料基體，導致氧化向材料內部擴散以及滲碳腐蝕加快，直至氧化層與基體逐漸開裂剝。

添加Al元素是增加35/45鎳鉻奧氏體合金對氧化和滲碳的抵抗力的一種方式。Al含量較高時可在合金表面上形成一層有一定厚度的致密性較高的氧化鋁，在裂解爐工況下，其在當溫度高于1050℃時也表現穩定，從而使合金在高溫環境中表現出較好的抗滲碳和抗氧化性能。然而，Al含量的增加則會導致材料延展性降低。因此，目前應用于石油化工行業的耐熱合金通常含鋁很少或不含鋁。

本發明提出一種具有高鋁含量的奧氏體合金，以確保對環境的高抵抗力(如氧化以及滲碳腐蝕)，同時保證至少與目前已知的合金一樣高的力學性能。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高鋁奧氏體合金和高鋁奧氏體離心鑄管，該高鋁奧氏體合金和高鋁奧氏體離心鑄管在900℃及以上的溫度下具有優異的耐腐蝕性能和抗蠕變性能，同時具有所需的力學性能。本發明還涉及制造本發明的高鋁奧氏體合金和高鋁奧氏體離心鑄管的方法。

具體而言，以重量百分比計，本發明的高鋁奧氏體合金或高鋁奧氏體離心鑄管的元素組成為：C，0.3-0.7％；Mn，0-0.5％；Si，0-0.5％；Cr，20-26％；Ni，40-50％；Al，3.5-5％；Ti，0.01-0.3％；Zr，0.01-0.3％；Nb，0.1-1％；Ta，0.01-2％；Mo，0.01-1％；W，0.01-1.9％；N，0.001-0.04％；Re，0.03-0.3％；余量為Fe和不可避免的雜質。

優選地，本發明的高鋁奧氏體合金或高鋁奧氏體離心鑄管中，C含量為0.4-0.65％。

優選地，本發明的高鋁奧氏體合金或高鋁奧氏體離心鑄管中，Mn含量為0-0.4％。

優選地，本發明的高鋁奧氏體合金或高鋁奧氏體離心鑄管中，Si含量為0-0.4％。