[发明专利]一种加热炉用钴基合金

说明书

本发明属于钴基合金领域。主要适用于高温加热炉中。

目前，工业发达国家的大、中型轧钢厂的钢坯加热炉均采用步进梁式加热炉，这种加热炉已成为大中型轧钢厂的主流加热设备。该炉炉内的工作温度一般高达1 300～1450℃，固定在炉底支承梁上的耐热垫块或滑轨在超高温和氧化——硫化气氛及重载荷的恶劣工况条件下支承和传递钢坯，是加热炉的关键部件。

在现有技术中，有的采用Ni-Cr-Fe系耐热钢制作加热炉的耐热垫块或滑轨。但由于该系钢种高温强度较低，其耐热垫块或滑轨的极限高度仅为60～80mm，被加热钢坯往往产生较严重的“滑道黑印”，而黑印对于其后轧件的质量、生产效率及单位能耗均有极坯的影响。另外，使用寿命也较低。因此，目前国际上先进的这类加热炉的炉底垫块或滑轨均采用钴基合金或高钴合金制造。如国外的PGUMCo-50合金(《COBALT》1973.3,P60-66)，该合金Co含量达45.0-52.0％，性能尚能满足使用要求。其缺点是塑韧性、抗高温蠕变性能、抗高温氧化、抗热腐蚀性能等均较低，导致使用时垫块或滑轨高度损耗较大，有时甚至产生严重变形和开裂，大大降低了使用寿命。

本发明的目的在于提供一种钢坯加热炉用钴基合金，该合金不仅具有更高的高温强度和良好的塑韧性，而且还具有优良抗氧化、抗硫化和抗熔渣腐蚀性能，使用寿命长。

针对上述目的，本发明所设计的加热炉用钴基合金的化学成分(重量％)为：C≤0.25％,Si≤2.0％,Mn≤2.0％,Cr25.0～32.0％,Co40.0～55.0％,Nb0.2～2.0％,Y0.05～0.2％,Zr0.0 2～0.10％,B0.002～0.010％，余为Fe。

在上述化学成分中，Co是确保该合金在1000～1300℃温度范围内仍具有足够强度的关键元素。以Co为基使合金在高温区有相对平坦的持久强度与时间——温度参数曲线，这一特性对用于高温下低应力长寿命和静止部件有特殊价值。高Co还使合金具有极好的抗热腐蚀和抗热冲击性能。Co含量在40～55％之间较合适。

抗高温氧化性能差是钴合金的最大缺点，为获得较好的抗氧化性能，合金中需要加入25％-32％的Cr，超出此限值将损害合金的韧性和铸造性能。

C是形成碳化物强化相的基本元素，对于要求具有高蠕变强度的铸造合金，碳含量的控制至关重要。但是作为在超高温下使用的加热炉用合金，单从熔点方面考虑，过高的碳也是不适当的。

加入Si和Mn是为了增加合金的流动性，提高铸造性能，同时加强熔体的脱氧作用，Mn还足奥氏体稳定元素并有固S和促进形成尖晶石MnCr₂O₄氧化保护膜的作用。Si,Mn的添加量2％以下即可达到充分的效果。

添加少量Nb和微量Y,B,Zr能明显提高合金的耐热性能。微量B、Zr通过净化和强化晶界，提高合金的持久强度和持久塑性。适量的Y有助于稳定Cr₂O₃氧化物，改善氧化膜与基体的粘着性，减少CoCr₂O₄尖晶石和CoO氧化物的形成，降低合金的氧化速率，对提高合金的抗高温氧化，特别是抗高温动态氧化性能和抗热腐蚀性能有利。加入＜2％的Nb，能明显提高合金的强度而不致对熔点和抗氧化性产生有害影响，这种有益作用与微量Nb局部偏聚于合金的树枝晶间和晶界有关。

本发明生产方法，对于铸件来说，采用真空冶炼母合金和真空精密铸造铸件的双真空工艺生产铸件，较为合适。也可以冶炼后，浇注成铸坯，通过锻、轧生产成各种型材。

根据本发明所述的化学成分和生产方法所生产加热炉用钴基合金具有更高的高温强度和塑性；良好的高温抗氧化性能和抗热腐蚀性能：

1100℃σ_b≥75.0MPa,δ≥30％

1000℃,1000小时持久强度≥33.0MPa

在1250℃温度下抗动态循环氧化的失重≤4.0g/m².h

在1100℃温度下抗动态循环氧化的失重≤0.95g/m².h

在1000℃×100小时的热腐蚀失重≤4.5mg/cm²

1050℃温度下的加热——冷却循环不产生可见裂纹的次数N＞125次。

本发明加热炉用钴基合金适用于高温加热炉中的部件。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：