本發(fā)明涉及金屬材料防護(hù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種抗高溫氧化耐熱鋼及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、耐熱鋼作為在高溫工作環(huán)境下不可或缺的材料，其發(fā)展與應(yīng)用在能源、動(dòng)力機(jī)械等關(guān)鍵領(lǐng)域發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。在面對(duì)不同溫度與環(huán)境應(yīng)力及氧化氣氛時(shí)，耐熱鋼的選擇需具有高度針對(duì)性。這類鋼材不僅需要承受高溫與高壓的考驗(yàn)，還需抵御長(zhǎng)時(shí)間的高溫蒸汽腐蝕，其核心性能要求包括穩(wěn)定的力學(xué)性能和持久的抗高溫氧化能力。然而，目前市場(chǎng)上的耐熱鋼在耐腐蝕性與耐磨性方面存在不足，這不僅縮短了其使用壽命，增加了企業(yè)的生產(chǎn)成本，還可能在長(zhǎng)期服役過程中頻繁更換，從而影響工業(yè)生產(chǎn)的連續(xù)性和效率。

2、耐熱鋼的主要成分通常包含鉻、鎳、鐵等元素，以形成具備高溫穩(wěn)定性的合金結(jié)構(gòu)。盡管這些基礎(chǔ)材料具備一定的抗高溫性能，但在現(xiàn)代工業(yè)需求日益增長(zhǎng)的背景下，現(xiàn)有的耐熱鋼材料面臨著無法完全滿足更高性能要求的問題。特別是在高溫氧化環(huán)境中，鋼材的抗氧化性能和抗熱腐蝕性能成為制約其應(yīng)用的關(guān)鍵因素，導(dǎo)致生產(chǎn)過程中存在潛在風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也增加了額外的成本負(fù)擔(dān)。

3、面對(duì)上述技術(shù)問題，傳統(tǒng)的解決方案往往側(cè)重于通過改進(jìn)鋼材的化學(xué)成分來提升其性能。然而，這種方法在成本控制和環(huán)保要求日益嚴(yán)格的時(shí)代下顯得局限。因此，尋求更加高效、環(huán)保的保護(hù)措施成為業(yè)界關(guān)注的重點(diǎn)。

4、鑒于此，特提出本發(fā)明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種抗高溫氧化耐熱鋼及其制備方法和應(yīng)用，以改善上述技術(shù)問題。

2、本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：

3、第一方面，本發(fā)明提供一種抗高溫氧化耐熱鋼，其包括耐熱鋼基材以及位于所述耐熱鋼基材表面的防護(hù)覆層，所述防護(hù)覆層由金屬間化合物構(gòu)成，其由內(nèi)到外依次包括(fe,ni)al物相層、feal3(fe4al13)物相層以及fe2al5(feal2.8)物相層。

4、在可選的實(shí)施方式中，所述防護(hù)覆層的厚度為0.2mm～1mm。

5、在可選的實(shí)施方式中，所述耐熱鋼基材為鉻鎳耐熱鋼。

6、在可選的實(shí)施方式中，所述鉻鎳耐熱鋼為高cr低ni耐熱鋼或高cr高ni耐熱鋼，所述高cr低ni耐熱鋼的化學(xué)成分按重量百分比計(jì)為：cr15.0％～30.0％，ni?4.0％～10.0％，mn?1.0％～1.1％，si?1.4％～1.5％，c0.3％～0.4％，v?0.12％～0.13％余量為鐵和不可避免的微量元素；所述高cr高ni耐熱鋼的化學(xué)成分按重量百分比計(jì)為：cr?15.0％～30.0％，ni10.0％～25.0％，mn?0.5％～1.0％，si?0.9％～1.0％，c?0.3％～0.4％，n0.16％～0.17％余量為鐵和不可避免的微量元素。

7、第二方面，本發(fā)明提供一種如前述實(shí)施方式任一項(xiàng)所述的抗高溫氧化耐熱鋼的制備方法，其包括：在所述耐熱鋼基材表面涂覆純鋁層，然后進(jìn)行熱處理。

8、在可選的實(shí)施方式中，涂覆的純鋁層的厚度為100μm～500μm；

9、在可選的實(shí)施方式中，純鋁層通過電弧噴涂的方式形成；

10、在可選的實(shí)施方式中，涂覆之前，先對(duì)所述耐熱鋼基材表面進(jìn)行噴砂處理。

11、在可選的實(shí)施方式中，熱處理包括第一預(yù)熱處理和第二預(yù)熱處理以及擴(kuò)散處理，第一預(yù)熱處理的溫度為450℃～550℃，第二預(yù)熱處理的溫度為650～670℃，擴(kuò)散處理的溫度為700℃～900℃。

12、在可選的實(shí)施方式中，第一預(yù)熱處理的時(shí)間為30min～60min，所述第二預(yù)熱處理的時(shí)間為30min～60min，所述擴(kuò)散處理的時(shí)間為1h～10h。

13、第三方面，本發(fā)明提供如前述實(shí)施方式任一項(xiàng)所述的抗高溫氧化耐熱鋼在制備高溫工件中的應(yīng)用。

14、在可選的實(shí)施方式中，所述高溫工件為汽輪機(jī)組內(nèi)部襯板、水泥廠出料篦板或超臨界發(fā)電機(jī)組掛板。

15、本發(fā)明具有以下有益效果：通過在耐熱鋼基材表面形成具有多層物相層的防護(hù)覆層，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)耐熱鋼基材的多重防護(hù)效果，極大地提高了耐熱鋼的高溫抗熱腐蝕抗氧化性能，且覆層與耐熱基材形成的金屬間化合物使得二者之間具有較佳的結(jié)合性能，在多次高溫循環(huán)氧化后，形貌完整，具有良好的防護(hù)能力。從而使得該耐熱鋼在水泥廠、垃圾處理廠、內(nèi)燃機(jī)組等對(duì)于耐熱鋼需求較大的工業(yè)生產(chǎn)場(chǎng)所具有較佳的應(yīng)用前景。

技術(shù)特征：

1.一種抗高溫氧化耐熱鋼，其特征在于，其包括耐熱鋼基材以及位于所述耐熱鋼基材表面的防護(hù)覆層，所述防護(hù)覆層由金屬間化合物構(gòu)成，其由內(nèi)到外依次包括(fe,ni)al物相層、feal3(fe4al13)物相層以及fe2al5(feal2.8)物相層。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗高溫氧化耐熱鋼，其特征在于，所述防護(hù)覆層的厚度為0.2mm～1mm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的抗高溫氧化耐熱鋼，其特征在于，所述耐熱鋼基材為鉻鎳耐熱鋼。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的抗高溫氧化耐熱鋼，其特征在于，所述鉻鎳耐熱鋼為高cr低ni耐熱鋼或高cr高ni耐熱鋼，所述高cr低ni耐熱鋼的化學(xué)成分按重量百分比計(jì)為：cr?15.0％～30.0％，ni?4.0％～10.0％，mn1.0％～1.1％，si?1.4％～1.5％，c?0.3％～0.4％，v0.12％～0.13％余量為鐵和不可避免的微量元素；所述高cr高ni耐熱鋼的化學(xué)成分按重量百分比計(jì)為：cr?15.0％～30.0％，ni?10.0％～25.0％，mn?0.5％～1.0％，si?0.9％～1.0％，c?0.3％～0.4％，n?0.16％～0.17％余量為鐵和不可避免的微量元素。

5.一種如權(quán)利要求1～4任一項(xiàng)所述的抗高溫氧化耐熱鋼的制備方法，其特征在于，其包括：在所述耐熱鋼基材表面涂覆純鋁層，然后進(jìn)行熱處理。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的抗高溫氧化耐熱鋼的制備方法，其特征在于，涂覆的純鋁層的厚度為100μm～500μm；

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的抗高溫氧化耐熱鋼的制備方法，其特征在于，所述熱處理包括第一預(yù)熱處理和第二預(yù)熱處理以及擴(kuò)散處理，第一預(yù)熱處理的溫度為450℃～550℃，第二預(yù)熱處理的溫度為650～670℃，擴(kuò)散處理的溫度為700℃～900℃。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的抗高溫氧化耐熱鋼的制備方法，其特征在于，所述第一預(yù)熱處理的時(shí)間為30min～60min，所述第二預(yù)熱處理的時(shí)間為30min～60min，所述擴(kuò)散處理的時(shí)間為1h～10h。

9.如權(quán)利要求1～4任一項(xiàng)所述的抗高溫氧化耐熱鋼在制備高溫工件中的應(yīng)用。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的應(yīng)用，其特征在于，所述高溫工件為汽輪機(jī)組內(nèi)部襯板、水泥廠出料篦板或超臨界發(fā)電機(jī)組掛板。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種抗高溫氧化耐熱鋼及其制備方法和應(yīng)用，該抗高溫氧化耐熱鋼包括耐熱鋼基材以及位于所述耐熱鋼基材表面的防護(hù)覆層，所述防護(hù)覆層由金屬間化合物構(gòu)成，其由內(nèi)到外依次包括(Fe,Ni)Al物相層、FeAl<subgt;3</subgt;(Fe<subgt;4</subgt;Al<subgt;13</subgt;)物相層以及Fe<subgt;2</subgt;Al<subgt;5</subgt;(FeAl<subgt;2.8</subgt;)物相層。該抗高溫氧化耐熱鋼通過在耐熱鋼基材表面涂覆純鋁層，然后進(jìn)行熱處理而得到。此防護(hù)覆層的制備工藝效率高，對(duì)保護(hù)單元的定位能力強(qiáng)，工藝環(huán)保。所制備的覆層可以有效的保護(hù)基礎(chǔ)耐熱鋼，極大提高耐熱鋼在熱腐蝕環(huán)境的服役壽命，顯著降低材料的綜合成本。

技術(shù)研發(fā)人員：駱智超,王震,羅興,劉暉,劉天龍,殷福星
受保護(hù)的技術(shù)使用者：廣東省科學(xué)院新材料研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17