專利名稱：高強(qiáng)度鎳基鑄造高溫合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高溫用合金鋼領(lǐng)域。特別是適用在高溫(1350℃)下使用的高強(qiáng)度耐磨鎳基高溫合金部件。
在現(xiàn)代工業(yè)中，軋鋼廠的大型鋼坯加熱爐的高強(qiáng)耐熱耐磨部件，如推鋼式加熱爐內(nèi)的熱滑軌和步進(jìn)粱式加熱爐內(nèi)的耐熱墊塊等，均采用鈷基高溫合金材料制造(如UMCo-50，PGUMCo-50合金COBAL 1973.3，P60-66)。但是這類合金由于鈷資源的缺乏和價(jià)格的昂貴，所以難以大量推廣使用。另外，中國專利CN8500649A介紹了一種Ni-Cr-W型鑄造鎳基高溫合金，雖然該合金的成本低于UMCo-50鈷基合金，但該合金在高溫時(shí)仍存在蠕變強(qiáng)度偏低，和抗熱沖擊性能差等缺點(diǎn)。采用該合金所制造的熱滑軌和墊塊等部件，由于這些部件在高溫重載下難以長期保持足夠的高度而往往導(dǎo)致被加熱坯料的溫度不均勻性，從而嚴(yán)重影響成材的質(zhì)量。
本發(fā)明的目的是提出一種具有在高溫下有更高的使用性能和材料成本低的高強(qiáng)度耐磨蝕鎳基鑄造高溫合金。
根據(jù)本發(fā)明的目的，同時(shí)也考慮到各合金元素的作用，特別是加入Hf和Al在合金中的效果，并為獲得能大量固溶其它合金元素的穩(wěn)定奧氏體基體效果，因此我們所設(shè)計(jì)的是以鎳為基本元素的鎳基高溫合金，其具體合金成份范圍如下(重量％)C0.10～0.40％，Cr 25.0～38.0％，Mo≤2.0％，W 10.0～18.0％，Hf 0.01～3.0％，Al 0.01～3.0％，Si≤2.0％，Mn≤2.0％，F(xiàn)e≤10％，RE≤0.20，其余為Ni。本發(fā)明鎳基鑄造高溫合金的成份設(shè)計(jì)，是考慮到現(xiàn)有的高溫合金中不足之處，通過對合金成份的調(diào)整，來得到具有更高性能和經(jīng)濟(jì)的鎳基鑄造高溫合金材料。因此在本發(fā)明合金成份中考慮到Cr是提高合金抗氧化性的決定元素，其加入量應(yīng)不少于25％，W、Mo、Hf是重要的固溶強(qiáng)化和碳化物強(qiáng)化元素，特別是W同時(shí)具有明顯地提高合金的熔點(diǎn)，抗高溫蠕變的雙重作用。故W的加入量應(yīng)在10～18％，W含量過高，合金中則易析出有害相而使材料的強(qiáng)度降低。Mo和W同時(shí)加入有綜合強(qiáng)化作用，但Mo所形成的氧化物在高溫時(shí)容易液化，這樣可能使合金材料易坑蝕，因此Mo元素含量應(yīng)限制在較低水平。Hf元素有明顯改善合金的顯微組織，特別是碳化物的形貌和晶界形態(tài)，對提高合金的強(qiáng)度，特別是對合金韌性的改善起著決定性的作用，但考慮到該合金的成本與性能，因此Hf的含量應(yīng)控制在0.01～3.0％范圍內(nèi)?？垢邷匮趸阅茌^差是含高W、Mo合金存在的共同缺點(diǎn)，因此提高Cr含量的同時(shí)，還應(yīng)加入適量的Al，加入適量的Al能起到抑制合金內(nèi)部氧化的發(fā)生，和有助于合金表面形成致密的氧化保護(hù)膜，對材料本身起到保護(hù)作用，但Al含量過高或過低都會給合金的性能帶來壞的作用。因此Al含量應(yīng)控制在0.01～3.0％范圍內(nèi)。加入碳元素所形成的碳化物是該合金的主要強(qiáng)化手段，當(dāng)在該合金中存在穩(wěn)定的一次碳化物時(shí)，可使該材料具有優(yōu)良的高溫耐磨性能，但是碳有明顯降低合金的固-液相溫度，因此在超高溫下長期使用的本發(fā)明合金，碳含量應(yīng)限制在0.10～0.40％范圍內(nèi)。雖然加入適量的稀土可提高在低、中溫下使用該合金的抗氧化性能，但是在1200℃以上使用，稀土?xí)o該合金的抗氧化性帶來不利的效果。所以在本發(fā)明合金中的稀土加入量，應(yīng)根據(jù)材料的實(shí)際使用溫度而限定在≤0.20％以下。加入Si有利于提高合金的耐熱性，但若含量超過2％，對合金韌性產(chǎn)生不良影響，Mn是奧氏體組織的穩(wěn)定化元素，并有將合金中之S固定的作用，當(dāng)Mn量限制在2％時(shí)即可達(dá)到充分效果。故Si、Mn含量范圍均限在2％以下。加入Fe取代Ni僅出于降低合金成本的考慮，當(dāng)Fe含量超過10％時(shí)將嚴(yán)重?fù)p害合金的高溫性能，故本發(fā)明要求合金中Fe含量越少越好。P和S都是有害雜質(zhì)，需限制在0.04％以下。
本發(fā)明鎳基鑄造高溫合金的制造方法可以采用非真空爐或真空爐進(jìn)行冶煉，鑄造可采用砂型鑄造或精密鑄造方法進(jìn)行鑄造生產(chǎn)，生產(chǎn)方法與現(xiàn)有技術(shù)相似，不需要特殊工藝進(jìn)行生產(chǎn)。本發(fā)明高溫合金與現(xiàn)有技術(shù)相比較具有成本低，該合金與CN85100649A專利鋼的成本相當(dāng)，而與PGUMCo-50鈷基高溫合金相比較成本僅為2/5，但該合金的使用性能，如高溫持久性能，抗熱沖擊性能和抗氧化性能等均顯著優(yōu)于上述對比合金。
實(shí)施例在本發(fā)明鎳基鑄造高溫合金的化學(xué)成份范圍內(nèi)，我們冶煉五爐不同含量配比的合金，為了對比方便，我們也冶煉了1爐CN85100649A合金和PGUMCo-50合金，冶煉均采用25Kg真空感應(yīng)爐冶煉。并精鑄成試樣，生產(chǎn)工藝相同。表1為本發(fā)明合金與對比合金的成份比較，在表中1、2、3、4、5為本發(fā)明合金成份，6、7為對比合金成份，表2為本發(fā)明合金實(shí)施例的持久性能表，表3為1000小時(shí)持久強(qiáng)度的比較，表4為抗熱沖擊性能對比，在表中的數(shù)值是產(chǎn)生可見裂紋的加熱——水冷循環(huán)次數(shù)。表5為氧化失重(g/m2h)的對比。上述實(shí)驗(yàn)方式是將試樣由室溫升至1250℃保溫24小時(shí)后隨電爐爐冷至室溫，四次循環(huán)后比較試樣的失重狀況。根據(jù)上述表的對比結(jié)果可看出，本發(fā)明合金與對比合金的相比較其性能優(yōu)于對比合金，尤其在高溫情況下使用，其性能明顯優(yōu)于對比合金。
表2 本發(fā)明實(shí)施例的持久性能
表1 本發(fā)明與對比合金的化學(xué)成分對比
*RE為配入量表3 本發(fā)明與同類合金及鈷基合金1000小時(shí)持久強(qiáng)度(MPa)對比
表4 本發(fā)明與對比合金抗熱沖擊性能對比，表數(shù)值為產(chǎn)生可見裂紋的加熱-水冷循環(huán)次數(shù)
表5 本發(fā)明與對比合金氧化失重量(G/m2.h)對比
權(quán)利要求
1.一種鎳基鑄造高溫合金，其特征在于這種合金的化學(xué)成份為(重量％)C0.10～0.40％，Cr 25.0～38.0％，Mo≤2.0％，W 10.0～18.0％，Hf 0.01～3.0％，Al 0.01～3.0％，Si≤2.0％，Mn≤2.0％，F(xiàn)e≤10％，RE≤0.20，其余為Ni。
全文摘要
本發(fā)明屬于高溫用合金鋼領(lǐng)域。特別是適用在高溫(1350℃)下使用的高強(qiáng)度耐磨鎳基高溫合金部件。本發(fā)明所提出的鎳基高溫合金的具體化學(xué)成分為(重量％)C0.10～0.40％，Cr25.0～38.0％，Mo≤2.0％，W10.0～18.0％，Hf0.01～3.0％，Al 0.01～3.0％，Si≤2.0％，Mn≤2.0％，F(xiàn)e≤10％，RE≤0.20，其余為鎳，本發(fā)明合金與現(xiàn)有技術(shù)相比較具有成本低，性能好，尤其在高溫下使用其性能明顯優(yōu)于現(xiàn)有合金。
文檔編號C22C19/05GK1148097SQ9610707
公開日1997年4月23日 申請日期1996年7月16日 優(yōu)先權(quán)日1996年7月16日
發(fā)明者馬華政, 吳榮榮 申請人:冶金工業(yè)部鋼鐵研究總院