專利名稱：微合金化處理的鎳鉻高溫合金材料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及合金技術，具體地講是一種微合金化處理的鎳鉻高溫合金材料及其制備方法，其具有較高的抗腐蝕、抗滲碳和高溫持久強度。
背景技術：
鎳鉻高溫合金主要應用于石油化工、冶金和熱處理行業，目前存在的主要問題是耐腐蝕性能、抗氧化性能、抗滲碳性能和高溫蠕變強度不能滿足日益提高的使用要求。
發明內容
本發明的目的是克服上述已有技術的不足，而提供一種微合金化處理的鎳鉻高溫合金材料。
本發明的另一目的是提供一種微合金化處理的鎳鉻高溫合金材料的制備方法。
本發明主要解決了現有的鎳鉻高溫合金的耐腐蝕性能、抗氧化性能、抗滲碳性能和高溫蠕變強度不能滿足使用要求的問題。
為了達到達上述目的，本發明是這樣實現的微合金化處理的鎳鉻高溫合金材料，其特殊之處在于它含有如下化學成分，碳0.45-0.5％、硅1.6-2.0％、錳0.8-1.2％、磷小于0.03％、硫小于0.025％、鉻24-27％、鎳33-36％、鉬小于0.5％、鎢小于0.35％、鈮0.8-1.0％、鈦0.05-0.1％、硼0.02-0.03％、鋯0.03-0.05％、鈰0.01-0.1％、余量為鐵。
本發明的微合金化處理的鎳鉻高溫合金材料的制備方法，它包括如下工藝步驟a，配料；爐料主要由本鋼種返回料小于等于30％，其余為純鎳、碳鋼及鉻鐵，爐料的平均碳含量按規格成分下限配入，爐料的平均磷含量和硫含量均應比規格成分的限量低0.005％～0.010％，爐料的鉻和鎳含量按規格成分的中下限配入；b；熔化期；先通電融化，隨著下部爐料熔化，進行搗料，并陸續添加爐料，大部分爐料熔化后，加入造渣材料造渣覆蓋鋼液，在1600℃-1650℃溫度下，95％的爐料熔清時，取鋼樣進行全分析，并將其余的爐料加入爐內，爐料全熔后，減小功率，傾爐扒渣并另造新渣；c；還原期；先脫氧及調整成分，調到最大功率，加入錳鐵80％Mn和硅鐵75％Si脫氧，并調整硅、錳含量，然后加入低碳鉻鐵及焦碳粉調整鉻、碳含量，再終脫氧及加鈮鐵、鉬鐵、鎢鐵等，加入SiCa(60-40)合金，加入量0.3％左右，鋼液溫度1650℃-1680℃時加入鈮鐵(60％Nb)等熔化；d；出鋼及微合金化處理，取樣及氬氣保護加料出鋼包內處理，爐內取鋼樣進行全分析并調整成分后，減小功率，扒渣并用氬氣保護液面2-3分鐘，加入FeSiZr合金(35％Zr，50％Si)，升溫至1710℃±10℃時出鋼，取樣澆鑄，待包內有鋼水1/4時，將純鈦屑、金屬鈰、硼鐵(24％B，粒度2～3mm)隨鋼流加入，包內鋼水至2/3時完成加料，包內均勻攪拌鋼水，取樣終分析，合格后確定鋼水量澆鑄。
本發明的微合金化處理的鎳鉻高溫合金材料的制備方法，步驟b的熔化期的造渣材料為石灰粉∶氟石粉＝1∶2，其加入量為1.0-1.5％。
本發明是以國內現有的ZG40Ni35Cr25NbW材料標準為基礎，采取氬氣保護、循環脫氧熔煉工藝，控制Ti、Zr、Ce、B等微合金元素的添加處理，從而使材料經過微合金化處理，形成微合金化處理的鎳鉻高溫合金材料，實現細化晶粒、凈化和強化晶界，增加保護膜與基體間的附著力，從而提高材料的抗腐蝕、抗滲碳和高溫持久強度。
本發明中Ti的加入，由于Ti與C的親和力遠大于Cr與C的親和力，因此Ti的加入會減輕因Cr的碳化物析出而引起的晶間腐蝕和晶界附近的貧鉻區，而形成的Ti的碳化物比Cr的碳化物更穩定，在1038℃以下不熔解，從而起到很好的強化作用。
本發明中B的加入可延緩晶界開裂而對奧氏體不銹鋼的高溫強度有力，B還可以抑制晶界處M23C6的析出，雖然B在Fe-Ni-Cr-Mo合金中溶解度較低，但在低濃度時，B作為間隙元素能取代部分的C，形成M23(C，B)6，這使碳化物的點陣參數增大，從而在碳化物和奧氏體基體的對立面間得到較好的匹配。但是B含量過高可形成熔點為1150-1250℃的共晶體，產生熱脆性。
微量的Zr通過凈化和強化晶界，可提高合金的持久強度和塑性。
適量的Ce有助于穩定Cr203氧化物，改善氧化膜與基體的粘著性，降低合金的氧化速率，對提高合金的抗高溫氧化有顯著效果。
本發明的實施例1的微合金化處理的鎳鉻高溫合金材料其性能如下常溫機械性能對比 高溫短時機械性能對比 高溫持久機械性能對比 本發明所述的一種微合金化處理的鎳鉻高溫合金材料與已有技術相比具有突出的實質性點和顯著進步，1、產品質量穩定，成品合格率達98.5％以上，并分別取樣送到湖北省冶金產品質量監督檢驗中心等國家級檢測單位做了常溫機械性能、高溫短時機械性能和高溫持久機械性能的檢測，結果證明，微合金化處理的鎳鉻高溫合金材料的高溫合金爐管性能良好，性能指標達到預期的指標；2、微合金化處理的鎳鉻高溫合金材料及其爐管與管件，高溫下具有良好的高溫性能，能滿足各種工況的要求。
具體實施例方式為了更好地理解與實施，下面結合實施例詳細說明本發明一種微合金化處理的鎳鉻高溫合金材料及其制備方法。
實施例1，準確稱取下列材料規格為FeCr69C0.25的低碳鉻鐵125Kg、規格為Ni99.90的電解鎳115Kg、30#碳鋼90Kg、本鋼種返回料80Kg、規格為FeNb60的鈮鐵4.8Kg、規格為FeMn82C1.5的錳鐵5Kg、規格為FeSi75的硅鐵5.5Kg、規格為Ca31Si60的硅鈣合金1Kg、規格為FeW80的鎢鐵0.6Kg、規格為FeSi50Zr35的鋯硅合金0.38Kg、規格為FeMo70的鉬鐵1Kg、焦碳粉1.2Kg、鈦0.28Kg、鈰0.1Kg、規格為FeB23的硼鐵0.35Kg；然后向中性中頻感應加熱爐中加入爐料，爐料主要為本鋼種返回料、電解鎳、碳鋼及大部分低碳鉻鐵；先通電融化，開始通電時，供給60％左右的功率，待電流沖擊停止后，逐漸將功率增至最大值，隨著坩堝下部爐料熔化，經常進行搗料，防止“搭橋”，并陸續添加爐料，大部分爐料熔化后，加入造渣材料造渣覆蓋鋼液，造渣材料為石灰粉∶氟石粉＝1∶2，其加入量為1.5％，在1600℃-1650℃溫度下，95％的爐料熔清時，取鋼樣進行全分析，并將其余的爐料加入爐內，爐料全熔后，減小功率，傾爐扒渣并另造新渣；先脫氧及調整成分，調到最大功率，加入錳鐵和硅鐵脫氧，并調整硅、錳含量，然后加入剩余的低碳鉻鐵及焦碳粉調整鉻、碳含量，再終脫氧及加鈮鐵、鉬鐵、鎢鐵等，再加入硅鈣合金，鋼液溫度1650℃-1680℃時加入鈮鐵等熔化；取樣及氬氣保護加料出鋼包內處理，爐內取鋼樣進行全分析并調整成分后，減小功率，扒渣并用氬氣保護液面2-3分鐘，加入鋯硅合金，升溫至1715℃時出鋼，取樣澆鑄，待包內有鋼水1/4時，將鈦、鈰、硼鐵隨鋼流加入，包內鋼水至2/3時完成加料，包內均勻攪拌鋼水，取樣終分析，鋼水量400Kg，進行澆鑄。
上述方法制得的鎳鉻高溫合金材料，經檢測其化學成分如下，碳0.452％、硅1.86％、錳1.08％、磷0.0295％、硫0.024％、鉻25.08％、鎳34.71％、鉬0.21％、鎢0.14％、鈮0.82％、鈦0.081％、硼0.022％、鋯0.038％、鈰0.031％、鐵小于35.42％。
實施例2，準確稱取下列材料規格為FeCr69C0.25的低碳鉻鐵165Kg、規格為Ni99.90的電解鎳175Kg、30#碳鋼80Kg、本鋼種返回料80Kg、規格為FeNb60的鈮鐵7.5Kg、規格為FeMn82C1.5的錳鐵5.2Kg、規格為FeSi75的硅鐵5.7Kg、規格為Ca31Si60的硅鈣合金1.3Kg、規格為FeSi50Zr35的鋯硅合金0.5Kg、規格為FeMo70的鉬鐵1.7Kg、規格為FeW80的鎢鐵1.2Kg、焦碳粉2Kg、鈦0.2Kg、鈰0.2Kg、規格為FeB23的硼鐵0.5Kg；然后向中性中頻感應加熱爐中加入爐料，爐料主要為本鋼種返回料、電解鎳、碳鋼及大部分低碳鉻鐵；先通電融化，開始通電時，供給60％左右的功率，待電流沖擊停止后，逐漸將功率增至最大值，隨著坩堝下部爐料熔化，經常進行搗料，防止“搭橋”，并陸續添加爐料，大部分爐料熔化后，加入造渣材料造渣覆蓋鋼液，造渣材料為石灰粉∶氟石粉＝1∶2，其加入量為1.5％，在1600℃-1650℃溫度下，95％的爐料熔清時，取鋼樣進行全分析，并將其余的爐料加入爐內，爐料全熔后，減小功率，傾爐扒渣并另造新渣；先脫氧及調整成分，調到最大功率，加入錳鐵和硅鐵脫氧，并調整硅、錳含量，然后加入剩余的低碳鉻鐵及焦碳粉調整鉻、碳含量，再終脫氧及加鈮鐵、鋁鐵、鎢鐵等，加入硅鈣合金，鋼液溫度1650℃-1680℃時加入鈮鐵等熔化；取樣及氬氣保護加料出鋼包內處理，爐內取鋼樣進行全分析并調整成分后，減小功率，扒渣并用氬氣保護液面2-3分鐘，加入鋯硅合金，升溫至1718℃時出鋼，取樣澆鑄，待包內有鋼水1/4時，將鈦、鈰、硼鐵隨鋼流加入，包內鋼水至2/3時完成加料，包內均勻攪拌鋼水，取樣終分析，鋼水量500Kg，進行澆鑄。
上述方法制得的鎳鉻高溫合金材料，經檢測其化學成分如下，碳0.462％、硅1.73％、錳1.18％、磷0.029％、硫0.022％、鉻25.87％、鎳36.27％、鉬0.23％、鎢0.18％、鈮0.848％、鈦0.081％、硼0.024％、鋯0.035％、鈰0.039％、鐵小于33％。
權利要求
1.微合金化處理的鎳鉻高溫合金材料，其特征在于它含有如下化學成分，碳0.45-0.5％、硅1.6-2.0％、錳0.8-1.2％、磷小于0.03％、硫小于0.025％、鉻24-27％、鎳33-36％、鉬小于0.5％、鎢小于0.35％、鈮0.8-1.0％、鈦0.05-0.1％、硼0.02-0.03％、鋯0.03-0.05％、鈰0.01-0.1％、余量為鐵。
2.權利要求1所述的微合金化處理的鎳鉻高溫合金材料的制備方法，它包括如下工藝步驟a，配料；爐料主要由本鋼種返回料小于等于30％，其余為純鎳、碳鋼及鉻鐵，爐料的平均碳含量按規格成分下限配入，爐料的平均磷含量和硫含量均應比規格成分的限量低0.005％～0.010％，爐料的鉻和鎳含量按規格成分的中下限配入；b；熔化期；先通電融化，隨著下部爐料熔化，進行搗料，并陸續添加爐料，大部分爐料熔化后，加入造渣材料造渣覆蓋鋼液，在1600℃-1650℃溫度下，95％的爐料熔清時，取鋼樣進行全分析，并將其余的爐料加入爐內，爐料全熔后，減小功率，傾爐扒渣并另造新渣；c；還原期；先脫氧及調整成分，調到最大功率，加入錳鐵80％Mn和硅鐵75％Si脫氧，并調整硅、錳含量，然后加入低碳鉻鐵及焦碳粉調整鉻、碳含量，再終脫氧及加鈮鐵、鉬鐵、鎢鐵等，加入SiCa(60-40)合金，加入量0.3％左右，鋼液溫度1650℃-1680℃時加入鈮鐵(60％Nb)等熔化；d；出鋼及微合金化處理，取樣及氬氣保護加料出鋼包內處理，爐內取鋼樣進行全分析并調整成分后，減小功率，扒渣并用氬氣保護液面2-3分鐘，加入FeSiZr合金(35％Zr，50％Si)，升溫至1710℃±10℃時出鋼，取樣澆鑄，待包內有鋼水1/4時，將純鈦屑、金屬鈰、硼鐵(24％B，粒度2～3mm)隨鋼流加入，包內鋼水至2/3時完成加料，包內均勻攪拌鋼水，取樣終分析，合格后確定鋼水量澆鑄。
3.根據權利要求2所述的微合金化處理的鎳鉻高溫合金材料的制備方法，其特征在于步驟b的熔化期的造渣材料為石灰粉∶氟石粉＝1∶2，其加入量為1.0-1.5％。
4.根據權利要求2所述的微合金化處理的鎳鉻高溫合金材料的制備方法，其特征在于所述的爐為中性中頻感應加熱電爐。
全文摘要
本發明公開了一種微合金化處理的鎳鉻高溫合金材料及其制備方法，其特點是它含有如下化學成分，碳0.45－0.5％、硅1.6－2.0％、錳0.8－1.2％、磷小于0.03％、硫小于0.025％、鉻24－27％、鎳33－36％、鉬小于0.5％、鎢小于0.35％、鈮0.8－1.0％、鈦0.05－0.1％、硼0.02－0.03％、鋯0.03－0.05％、鈰0.01－0.1％、余量為鐵，它是由配料、熔化期、還原期、出鋼及微合金化處理等工藝步驟制成的，具有良好的高溫性能，能滿足各種工況的要求，其制成的產品質量穩定，成品合格率達98.5％以上，性能良好。
文檔編號C22C33/06GK1804096SQ20061004226
公開日2006年7月19日 申請日期2006年1月20日 優先權日2006年1月20日
發明者王玉海, 王振華, 姚年善, 王玉龍 申請人:煙臺百思特爐管廠