[发明专利]一种铁基耐热合金及其制备方法

说明书

 

技术领域  本发明涉及一种合金及其制备方法。

背景技术  目前，百万千瓦大型汽轮机组的法兰和紧固件，均采用镍基超合金（WR26）。该合金在高温下具有强度高、耐蚀性强等优良性能，但上述汽轮机组的工作条件为中低温状态（780℃以下），在该温度下镍基超合金（WR26）抗疲劳强度差，导致使用寿命短，同时该合金成本高又导致汽轮机组造价高。

发明内容  本发明的目的在于提供一种不仅各项性能指标符合技术要求而且成本低、使用寿命长的铁基耐热合金及其制备方法。

本发明的铁基耐热合金为：1Cr19Ni12W3NbN，其各组分的重量百分含量如下：C 0.10-0.18%，Mn 0.4-0.8%，P≤ 0.015%，S≤ 0.01%，Si 0.4-0.7%，W 2.9-3.6%，Cr 19.05-21.95%，Ni 11.50-13.0%，B ≤0.01%，N 0.20-0.28%，Mg 0.001-0.008%，Co ≤2.0%，V ≤1.0%，Mo≤0.5%，Nb+Ta% 0.85-1.25%；并且铬和氮的比值：Cr/N≤98。

最好根据下面公式计算铬当量、镍当量：

铬当量=Cr+6Si+4Mo+1.5W+11V+5Nb，

镍当量=40C+2Mn+4Ni+2Co+30N，

铬当量和镍当量的应位于不锈钢相图奥氏体区域内。

本发明的制备方法如下：

1、熔炼：将金属镍、微碳铬铁、氮化铬、铌铁置于感应炉中加热使之熔化，在出钢前加入硼铁、金属铈和镍镁合金。在1650℃出钢浇注Φ200mm电极棒。检测其各组分百分含量是否在规定的范围内，并计算铬镍当量是否在不锈钢相图奥氏体区域内。

2、电渣重熔：将上述电极棒置于重熔炉中进行电渣冶炼，熔成钢锭。该电渣冶炼采用四元渣系电渣，该四元渣系包括有：氧化钙（CaO）8-12%，氟化钙（CaF2）63-67%，三氧化二铝（Al2O3）18-22%，氧化镁（MgO）3-7%。渣量采用下面公式计算：渣量=（4-5）%G锭，其中G锭为电渣锭重。

3、锻造：将上述钢锭置于固溶炉中加热，温度为1140-1160℃，然后用压力机锻造，终锻温度大于900℃，变形量大于20%，锻成圆棒或圆饼。检验晶粒度大于6级为合格。

4、热处理：在成品锻造时，钢锭在1150℃变形量大于等于20%时采用直接时效工艺（DA工艺），750-770℃实施时效工艺16-20 小时。

5、机加工：使用车床对钢锭表面车削即可获得银亮的圆棒或圆饼成品。

   本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、本发明采用氮作为间隙固溶体强化合金，提高了该金属材料的σb值，其大于等于850Mpa。可代替WR26镍基合金在低于780℃下的耐蚀、抗冷及热疲劳状态下使用。

2、通过铁基代替镍钴基产品，既节约镍钴稀有金属又大大降低产品成本，采用本发明合金制成的产品仅是WR26镍基合金产品成本的1/4.

3、通过直接时效工艺可省去常用的成品热处理固溶工艺，不仅节约能源、降低成本，而且缩短了工艺流程。

4、用户可对本发明的钢锭直接进行机械加工，即获得最终产品，无需进行热处理，使后续加工简单。

具体实施方式

例1

向2吨中频感应炉中加入250千克镍板、750千克微碳铬铁、80千克氮化铬、94千克钨铁、41千克铌铁，然后开启电源，将上述原料加热熔化。在出钢前加入1.1千克硼铁、0.2千克金属铈和0.75千克镍镁合金。在1650℃出钢浇注Φ200mm电极棒。检测其各组分百分含量均在规定的范围内，并计算铬镍当量也在不锈钢相图奥氏体区域内。把上面浇注的Φ200mm电极棒置于5吨电渣重熔炉中，控制电流为7200A 、电压58V。采用四元渣系，其中氧化钙6千克，氟化钙33.5千克，三氧化二铝11千克，氧化镁3.5千克，把Φ200mm电极棒用四元渣系冶炼成Φ380mm钢锭。该钢锭中各组分的含量分别为：C 0.10-0.18%，Mn 0.4-0.8%，P 0.015%，S 0.01%，Si 0.4-0.7%，W 2.9-3.6%，Cr 19.05-21.95%，Ni 11.50-13.0%，B 0.01%，N 0.20-0.28%，Mg 0.001-0.008%，Co 2.0%，V 1.0%，Mo 0.5%，Nb+Ta% 0.85-1.25%。

将上述钢锭置于24米连续炉中，加热1160℃，使用2500吨压力机锻造，终锻温度大于900℃，变形量大于20%，锻成Φ120mm圆棒。检验晶粒度大于6级。在成品锻造时，钢锭在1150℃变形量≥20%时采用直接时效工艺在760℃时效16 小时，使用电阻丝加热的4米井式炉。检验产品性能：σb≥850Mpa，σ0.2≥580Mpa、δ5≥20%以上，晶粒度≥6级。使用车床表面车削成Φ120mm银亮圆棒材成品。