[发明专利]具有氧化铝阻挡层的铸造产品及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及具有氧化铝阻挡层的铸造产品及其制造方法。

背景技术

在耐热铸钢产品例如用于制造乙烯的反应管和分解管、炉底辊、辐射管、耐金属粉末化材料等中，由于暴露于高温气氛下，因此要求使用具有出色的高温强度的奥氏体系耐热合金。

在这种奥氏体系耐热合金中，在高温气氛中使用期间，在表面形成金属氧化物层，该氧化层作为阻挡层用以保护高温气氛中的基体材料。

另一方面，当Cr氧化物(主要由Cr₂O₃构成)作为这种金属氧化物被形成时，由于致密性较低，故其防止氧或碳侵入的功能是不充分的，从而在高温气氛下产生内部氧化，氧化物薄膜发生膨胀。此外，这些Cr氧化物在加热和冷却的重复循环期间容易剥离，即使是在它们最终未剥离的情况下，因为其防止来自外部气氛的氧或碳侵入的功能不充分，故存在氧或碳穿过薄膜而在基体材料内产生内部氧化或渗碳的问题。

为了解决该问题，提出在基体材料的表面形成以氧化铝(Al₂O₃)为主体的氧化物层，与通常的奥氏体系耐热合金相比，该氧化物层通过增加Al含量而具有较高的致密性并难以透过氧或碳(例如，参照日本特开昭51-78612号公报和日本特开昭57-39159号公报)。

然而，因为Al是铁素体形成元素，故当其含量增大时，材料的延展性劣化，并且高温强度降低。该延展性降低的倾向特别在Al的含量超过4％时被观察到。

因此，虽然可预期上述专利文献中的奥氏体系耐热合金通过Al₂O₃提高了阻挡性能，但存在导致基体材料的延展性降低的问题。

因此，为了提供可在Al含量不超过4％时确保氧化铝阻挡层的高温稳定性、并且不降低材料的延展性、在高温气氛下发挥出色的阻挡功能的铸造产品，国际公开WO2010/113830号公报提出一种铸造产品，其中在进行内表面处理使得铸造体的表面粗糙度(Ra)为0.05-2.5μm之后，通过在氧化性气氛进行热处理，在铸造体的内表面上形成包含Al₂O₃的氧化铝阻挡层，具有比基体材料基质更高的Cr浓度的Cr基粒子分散在氧化铝阻挡层与铸造体之间的界面处。

国际公开WO2010/113830号公报中的铸造产品由于稳定的氧化铝阻挡层的存在而在高温气氛下使用时可长期稳定地保持出色的耐氧化性、耐渗碳性、耐氮化性、耐蚀性等。

本发明人的研究结果发现，在国际公开WO2010/113830号公报中具有出色的耐氧化性、耐渗碳性、耐氮化性、耐蚀性等的铸造产品中，如果该铸造产品被暴露于更高的高温下，那么拉伸延展性降低。

因此，本发明的第一目标是发现高温拉伸延展性降低的因素，并提供具有出色的高温拉伸延展性的氧化铝阻挡层的奥氏体系铸造产品。

此外，在通过作为通常的精加工的刮削方法进行对铸造体的内表面处理的情况下，在铸造体的表面产生划痕。该划痕部分中，由于加工应变被过度地施加并且表面粗糙度变大，故其表面性能不同于基体材料的其他部分。结果是，在随后进行的热处理步骤中，在划痕部分的最外表面上形成了Cr氧化物，并在其正下方形成块状的Al氧化物。

于是，由于在划痕部分中没有形成均一的Al₂O₃薄膜而主要形成了Cr₂O₃薄膜，故在长时间暴露于约1080℃以上高温的情况下，与均一地形成了Al₂O₃薄膜的基体材料部分相比，由于划痕部分中不能通过氧化膜保护基体材料，故易于产生高温腐蚀。

因此，为了除去该划痕，考虑进行研磨例如珩磨等，但加工成本增加，并且导致制造周期延长的结果。

此外，在铸造产品为直管从而具有小直径或较大长度时，上述研磨例如珩磨等不能对整个长度进行加工，表面粗糙度较大的部分被保留。结果是，在该部分中不能形成期望的Al₂O₃薄膜。

进一步地，具有弯曲部分的所谓U形管是通过弯曲经由加工预先进行了表面处理和热处理的直管被制造。然而，由于在弯曲直管时，在弯曲部分中产生应变等，故形成于直管表面上的氧化铝阻挡层会发生剥离。该现象特别地在弯曲部分的内侧或腹侧被显著地观察到。

因此，本发明的第二目标是提供可在整个表面上形成均一的氧化铝阻挡层的铸造产品以及其制造方法。