CN100415926C

CN100415926C - 微合金化处理的镍铬高温合金材料及其制备方法

Info

Publication number: CN100415926C
Application number: CNB2006100422653A
Authority: CN
Inventors: 王玉海; ***; 姚年善; 王玉龙
Original assignee: YANTAI BEST FURNACE TUBE PLANT
Current assignee: Qingdao NPA Industry Co., Ltd.
Priority date: 2006-01-20
Filing date: 2006-01-20
Publication date: 2008-09-03
Anticipated expiration: 2026-01-20
Also published as: CN1804096A

Abstract

本发明公开了一种微合金化处理的镍铬高温合金材料及其制备方法，其特点是它含有如下化学成分，碳0.45-0.5%、硅1.6-2.0%、锰0.8-1.2%、磷小于0.03%、硫小于0.025%、铬24-27%、镍33-36%、钼小于0.5%、钨小于0.35%、铌0.8-1.0%、钛0.05-0.1%、硼0.02-0.03%、锆0.03-0.05%、铈0.01-0.1%、余量为铁，它是由配料、熔化期、还原期、出钢及微合金化处理等工艺步骤制成的，具有良好的高温性能，能满足各种工况的要求，其制成的产品质量稳定，成品合格率达98.5%以上，性能良好。

Description

微合金化处理的镍铬高温合金材料及其制备方法

技术领域：

本发明涉及合金技术，具体地讲是一种微合金化处理的镍铬高温合金材料及其制备方法，其具有较高的抗腐蚀、抗渗碳和高温持久强度。

背景技术：

镍铬高温合金主要应用于石油化工、冶金和热处理行业，目前存在的主要问题是耐腐蚀性能、抗氧化性能、抗渗碳性能和高温蠕变强度不能满足日益提高的使用要求。

发明内容：

本发明的目的是克服上述已有技术的不足，而提供一种微合金化处理的镍铬高温合金材料。

本发明的另一目的是提供一种微合金化处理的镍铬高温合金材料的制备方法。

本发明主要解决了现有的镍铬高温合金的耐腐蚀性能、抗氧化性能、抗渗碳性能和高温蠕变强度不能满足使用要求的问题。

为了达到达上述目的，本发明是这样实现的：微合金化处理的镍铬高温合金材料，其特殊之处在于它含有如下化学成分，碳0.45-0.5％、硅1.6-2.0％、锰0.8-1.2％、磷小于0.03％、硫小于0.025％、铬24-27％、镍33-36％、钼小于0.5％、钨小于0.35％、铌0.8-1.0％、钛0.05-0.1％、硼0.02-0.03％、锆0.03-0.05％、铈0.01-0.1％、余量为铁。

本发明的微合金化处理的镍铬高温合金材料的制备方法，它包括如下工艺步骤：

a，配料；炉料主要由本钢种返回料小于等于30％，其余为纯镍、碳钢及铬铁，炉料的平均碳含量按规格成分下限配入，炉料的平均磷含量和硫含量均应比规格成分的限量低0.005％～0.010％，炉料的铬和镍含量按规格成分的中下限配入；

b；熔化期；先通电融化，随着下部炉料熔化，进行捣料，并陆续添加炉料，大部分炉料熔化后，加入造渣材料造渣覆盖钢液，在1600℃-1650℃温度下，95％的炉料熔清时，取钢样进行全分析，并将其余的炉料加入炉内，炉料全熔后，减小功率，倾炉扒渣并另造新渣；

c；还原期；先脱氧及调整成分，调到最大功率，加入锰铁80％Mn和硅铁75％Si脱氧，并调整硅、锰含量，然后加入低碳铬铁及焦碳粉调整铬、碳含量，再终脱氧及加铌铁、钼铁、钨铁等，加入SiCa(60-40)合金，加入量0.3％左右，钢液温度1650℃-1680℃时加入铌铁(60％Nb)等熔化；

d；出钢及微合金化处理，取样及氩气保护加料出钢包内处理，炉内取钢样进行全分析并调整成分后，减小功率，扒渣并用氩气保护液面2-3分钟，加入FeSiZr合金(35％Zr，50％Si)，升温至1710℃±10℃时出钢，取样浇铸，待包内有钢水1/4时，将纯钛屑、金属铈、硼铁(24％B，粒度2～3mm)随钢流加入，包内钢水至2/3时完成加料，包内均匀搅拌钢水，取样终分析，合格后确定钢水量浇铸。

本发明的微合金化处理的镍铬高温合金材料的制备方法，步骤b的熔化期的造渣材料为石灰粉∶氟石粉＝1∶2，其加入量为1.0-1.5％。

本发明是以国内现有的ZG40Ni35Cr25NbW材料标准为基础，采取氩气保护、循环脱氧熔炼工艺，控制Ti、Zr、Ce、B等微合金元素的添加处理，从而使材料经过微合金化处理，形成微合金化处理的镍铬高温合金材料，实现细化晶粒、净化和强化晶界，增加保护膜与基体间的附着力，从而提高材料的抗腐蚀、抗渗碳和高温持久强度。

本发明中Ti的加入，由于Ti与C的亲和力远大于Cr与C的亲和力，因此Ti的加入会减轻因Cr的碳化物析出而引起的晶间腐蚀和晶界附近的贫铬区，而形成的Ti的碳化物比Cr的碳化物更稳定，在1038℃以下不熔解，从而起到很好的强化作用。

本发明中B的加入可延缓晶界开裂而对奥氏体不锈钢的高温强度有力，B还可以抑制晶界处M23C6的析出，虽然B在Fe-Ni-Cr-Mo合金中溶解度较低，但在低浓度时，B作为间隙元素能取代部分的C，形成M23(C，B)6，这使碳化物的点阵参数增大，从而在碳化物和奥氏体基体的对立面间得到较好的匹配。但是B含量过高可形成熔点为1150-1250℃的共晶体，产生热脆性。

微量的Zr通过净化和强化晶界，可提高合金的持久强度和塑性。

适量的Ce有助于稳定Cr2O3氧化物，改善氧化膜与基体的粘着性，降低合金的氧化速率，对提高合金的抗高温氧化有显著效果。

本发明的实施例1的微合金化处理的镍铬高温合金材料其性能如下：常温机械性能对比：

高温短时机械性能对比：

高温持久机械性能对比：

本发明所述的一种微合金化处理的镍铬高温合金材料与已有技术相比具有突出的实质性点和显著进步，1、产品质量稳定，成品合格率达98.5％以上，并分别取样送到湖北省冶金产品质量监督检验中心等国家级检测单位做了常温机械性能、高温短时机械性能和高温持久机械性能的检测，结果证明，微合金化处理的镍铬高温合金材料的高温合金炉管性能良好，性能指标达到预期的指标；2、微合金化处理的镍铬高温合金材料及其炉管与管件，高温下具有良好的高温性能，能满足各种工况的要求。

具体实施方式：

为了更好地理解与实施，下面结合实施例详细说明本发明一种微合金化处理的镍铬高温合金材料及其制备方法。

实施例1，准确称取下列材料：规格为FeCr69C0.25的低碳铬铁125Kg、规格为Ni99.90的电解镍115Kg、30#碳钢90Kg、本钢种返回料80Kg、规格为FeNb60的铌铁4.8Kg、规格为FeMn82C1.5的锰铁5Kg、规格为FeSi75的硅铁5.5Kg、规格为Ca31Si60的硅钙合金1Kg、规格为FeW80的钨铁0.6Kg、规格为FeSi50Zr35的锆硅合金0.38Kg、规格为FeMo70的铝铁1Kg、焦碳粉1.2Kg、钛0.28Kg、铈0.1Kg、规格为FeB23的硼铁0.35Kg；然后向中性中频感应加热炉中加入炉料，炉料主要为本钢种返回料、电解镍、碳钢及大部分低碳铬铁；先通电融化，开始通电时，供给60％左右的功率，待电流冲击停止后，逐渐将功率增至最大值，随着坩埚下部炉料熔化，经常进行捣料，防止“搭桥”，并陆续添加炉料，大部分炉料熔化后，加入造渣材料造渣覆盖钢液，造渣材料为石灰粉∶氟石粉＝1∶2，其加入量为1.5％，在1600℃-1650℃温度下，95％的炉料熔清时，取钢样进行全分析，并将其余的炉料加入炉内，炉料全熔后，减小功率，倾炉扒渣并另造新渣；先脱氧及调整成分，调到最大功率，加入锰铁和硅铁脱氧，并调整硅、锰含量，然后加入剩余的低碳铬铁及焦碳粉调整铬、碳含量，再终脱氧及加铌铁、钼铁、钨铁等，再加入硅钙合金，钢液温度1650℃-1680℃时加入铌铁等熔化；取样及氩气保护加料出钢包内处理，炉内取钢样进行全分析并调整成分后，减小功率，扒渣并用氩气保护液面2-3分钟，加入锆硅合金，升温至1715℃时出钢，取样浇铸，待包内有钢水1/4时，将钛、铈、硼铁随钢流加入，包内钢水至2/3时完成加料，包内均匀搅拌钢水，取样终分析，钢水量400Kg，进行浇铸。

上述方法制得的镍铬高温合金材料，经检测其化学成分如下，碳0.452％、硅1.86％、锰1.08％、磷0.0295％、硫0.024％、铬25.08％、镍34.71％、钼0.21％、钨0.14％、铌0.82％、钛0.081％、硼0.022％、锆0.038％、铈0.031％、铁小于35.42％。

实施例2，准确称取下列材料：规格为FeCr69C0.25的低碳铬铁165Kg、规格为Ni99.90的电解镍175Kg、30#碳钢80Kg、本钢种返回料80Kg、规格为FeNb60的铌铁7.5Kg、规格为FeMn82C1.5的锰铁5.2Kg、规格为FeSi75的硅铁5.7Kg、规格为Ca31Si60的硅钙合金1.3Kg、规格为FeSi50Zr35的锆硅合金0.5Kg、规格为FeMo70的钼铁1.7Kg、规格为FeW80的钨铁1.2Kg、焦碳粉2Kg、钛0.2Kg、铈0.2Kg、规格为FeB23的硼铁0.5Kg；然后向中性中频感应加热炉中加入炉料，炉料主要为本钢种返回料、电解镍、碳钢及大部分低碳铬铁；先通电融化，开始通电时，供给60％左右的功率，待电流冲击停止后，逐渐将功率增至最大值，随着坩埚下部炉料熔化，经常进行捣料，防止“搭桥”，并陆续添加炉料，大部分炉料熔化后，加入造渣材料造渣覆盖钢液，造渣材料为石灰粉∶氟石粉＝1∶2，其加入量为1.5％，在1600℃-1650℃温度下，95％的炉料熔清时，取钢样进行全分析，并将其余的炉料加入炉内，炉料全熔后，减小功率，倾炉扒渣并另造新渣；先脱氧及调整成分，调到最大功率，加入锰铁和硅铁脱氧，并调整硅、锰含量，然后加入剩余的低碳铬铁及焦碳粉调整铬、碳含量，再终脱氧及加铌铁、钼铁、钨铁等，加入硅钙合金，钢液温度1650℃-1680℃时加入铌铁等熔化；取样及氩气保护加料出钢包内处理，炉内取钢样进行全分析并调整成分后，减小功率，扒渣并用氩气保护液面2-3分钟，加入锆硅合金，升温至1718℃时出钢，取样浇铸，待包内有钢水1/4时，将钛、铈、硼铁随钢流加入，包内钢水至2/3时完成加料，包内均匀搅拌钢水，取样终分析，钢水量500Kg，进行浇铸。

上述方法制得的镍铬高温合金材料，经检测其化学成分如下，碳0.462％、硅1.73％、锰1.18％、磷0.029％、硫0.022％、铬25.87％、镍36.27％、钼0.23％、钨0.18％、铌0.848％、钛0.081％、硼0.024％、锆0.035％、铈0.039％、铁小于33％。

Claims

1. 微合金化处理的镍铬高温合金材料，其特征在于它含有如下化学成分，碳0.45-0.5％、硅1.6-2.0％、锰0.8-1.2％、磷小于0.03％、硫小于0.025％、铬24-27％、镍33-36％、钼小于0.5％、钨小于0.35％、铌0.8-1.0％、钛0.05-0.1％、硼0.02-0.03％、锆0.03-0.05％、铈0.01-0.1％、余量为铁。

2. 权利要求1所述的微合金化处理的镍铬高温合金材料的制备方法，它包括如下工艺步骤：

a配料：炉料主要由本钢种返回料小于等于30％，其余为纯镍、碳钢及铬铁，炉料的平均碳含量按规格成分下限配入，炉料的平均磷含量和硫含量均应比规格成分的限量低0.005％～0.010％，炉料的铬和镍含量按规格成分的中下限配入；

b熔化期：先通电融化，随着下部炉料熔化，进行捣料，并陆续添加炉料，大部分炉料熔化后，加入造渣材料造渣覆盖钢液，在1600℃-1650℃温度下，95％的炉料熔清时，取钢样进行全分析，并将其余的炉料加入炉内，炉料全熔后，减小功率，倾炉扒渣并另造新渣；

c还原期：先脱氧及调整成分，调到最大功率，加入锰铁80％Mn和硅铁75％Si脱氧，并调整硅、锰含量，然后加入低碳铬铁及焦碳粉调整铬、碳含量，再终脱氧及加铌铁、钼铁、钨铁，加入含40％Ca、60％Si的CaSi合金，加入量0.3％左右，钢液温度1650℃-1680℃时加入含60％Nb的铌铁熔化；

d出钢及微合金化处理：取样及氩气保护加料出钢包内处理，炉内取钢样进行全分析并调整成分后，减小功率，扒渣并用氩气保护液面2-3分钟，加入含35％Zr、50％Si的FeSiZr合金，升温至1710℃±10℃时出钢，取样浇铸，待包内有钢水1/4时，将纯钛屑、金属铈和含24％B及粒度2～3mm的硼铁随钢流加入，包内钢水至2/3时完成加料，包内均匀搅拌钢水，取样终分析，合格后确定钢水量浇铸。

3. 根据权利要求2所述的微合金化处理的镍铬高温合金材料的制备方法，其特征在于步骤b的熔化期的造渣材料为石灰粉∶氟石粉＝1∶2，其加入量为1.0-1.5％。

4. 根据权利要求2所述的微合金化处理的镍铬高温合金材料的制备方法，其特征在于所述的炉为中性中频感应加热电炉。