專利名稱：：一種加熱爐用鈷基合金的制作方法
技術領域：
：本發明屬于鈷基合金領域。主要適用于高溫加熱爐中。目前，工業發達國家的大、中型軋鋼廠的鋼坯加熱爐均采用步進梁式加熱爐，這種加熱爐已成為大中型軋鋼廠的主流加熱設備。該爐爐內的工作溫度一般高達1300～1450℃，固定在爐底支承梁上的耐熱墊塊或滑軌在超高溫和氧化——硫化氣氛及重載荷的惡劣工況條件下支承和傳遞鋼坯，是加熱爐的關鍵部件。在現有技術中，有的采用Ni--Cr-Fe系耐熱鋼制作加熱爐的耐熱墊塊或滑軌。但由于該系鋼種高溫強度較低，其耐熱墊塊或滑軌的極限高度僅為60～80mm，被加熱鋼坯往往產生較嚴重的“滑道黑印”，而黑印對于其后軋件的質量、生產效率及單位能耗均有極坯的影響。另外，使用壽命也較低。因此，目前國際上先進的這類加熱爐的爐底墊塊或滑軌均采用鈷基合金或高鈷合金制造。如國外的PGUMC0-50合金(《COBALT》1973.3，P60-66)，該合金Co含量達45.0-52.0％，性能尚能滿足使用要求。其缺點是塑韌性、抗高溫蠕變性能、抗高溫氧化、抗熱腐蝕性能等均較低，導致使用時墊塊或滑軌高度損耗較大，有時甚至產生嚴重變形和開裂，大大降低了使用壽命。本發明的目的在于提供一種鋼坯加熱爐用鈷基合金，該合金不僅具有更高的高溫強度和良好的塑韌性，而且還具有優良抗氧化、抗硫化和抗熔渣腐蝕性能，使用壽命長。針對上述目的，本發明所設計的加熱爐用鈷基合金的化學成分(重量％)為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％，Zr0.02～0.10％，B0.002～0.010％，余為Fe。在上述化學成分中，Co是確保該合金在1000～1300℃溫度范圍內仍具有足夠強度的關鍵元素。以Co為基使合金在高溫區有相對平坦的持久強度與時間——溫度參數曲線，這一特性對用于高溫下低應力長壽命和靜止部件有特殊價值。高Co還使合金具有極好的抗熱腐蝕和抗熱沖擊性能。Co含量在40～55％之間較合適。抗高溫氧化性能差是鈷合金的最大缺點，為獲得較好的抗氧化性能，合金中需要加入25％-32％的Cr，超出此限值將損害合金的韌性和鑄造性能。C是形成碳化物強化相的基本元素，對于要求具有高蠕變強度的鑄造合金，碳含量的控制至關重要。但是作為在超高溫下使用的加熱爐用合金，單從熔點方面考慮，過高的碳也是不適當的。加入Si和Mn是為了增加合金的流動性，提高鑄造性能，同時加強熔體的脫氧作用，Mn還是奧氏體穩定元素并有固S和促進形成尖晶石MnCr2O4氧化保護膜的作用。Si，Mn的添加量2％以下即可達到充分的效果。添加少量Nb和微量Y，B，Zr能明顯提高合金的耐熱性能。微量B、Zr通過凈化和強化晶界，提高合金的持久強度和持久塑性。適量的Y有助于穩定Cr2O3氧化物，改善氧化膜與基體的粘著性，減少CoCr2O4尖晶石和CoO氧化物的形成，降低合金的氧化速率，對提高合金的抗高溫氧化，特別是抗高溫動態氧化性能和抗熱腐蝕性能有利。加入＜2％的Nb，能明顯提高合金的強度而不致對熔點和抗氧化性產生有害影響，這種有益作用與微量Nb局部偏聚于合金的樹枝晶間和晶界有關。本發明生產方法，對于鑄件來說，采用真空冶煉母合金和真空精密鑄造鑄件的雙真空工藝生產鑄件，較為合適。也可以冶煉后，澆注成鑄坯，通過鍛、軋生產成各種型材。根據本發明所述的化學成分和生產方法所生產加熱爐用鈷基合金具有更高的高溫強度和塑性；良好的高溫抗氧化性能和抗熱腐蝕性能1100℃σb≥75.0MPa，δ≥30％1000℃，1000小時持久強度≥33.0MPa在1250℃溫度下抗動態循環氧化的失重≤4.0g/m2.h在1100℃溫度下抗動態循環氧化的失重≤0.95g/m2.h在1000℃×100小時的熱腐蝕失重≤4.5mg/cm21050℃溫度下的加熱—冷卻循環不產生可見裂紋的次數N＞125次。本發明加熱爐用鈷基合金適用于高溫加熱爐中的部件。與現有技術相比，本發明具有如下優點(1)本發明不僅具有更高的強度，而且還有優良的塑韌性。如1000℃、20MPa下本發明的持久壽命為6980小時，而PGUMCo-50合金僅為1950小時，前者比后者壽命長三倍多。本發明室溫和高溫抗拉強度不僅略高于PGUMCo-50合金，而且塑性也高得多，并消除了馬鞍形的低中溫低塑性區。(2)本合金抗冷熱疲勞性能、抗氧化及抗熱腐蝕性能優良。如在850℃、950℃、1050℃產生裂紋的加熱—冷卻循環次數N，本發明比PGUMCo-50合金分別高出1.5～3倍，1200℃溫度下的抗動態循環氧化失重，本發明比后者降低22％，1000℃×100小時熱腐蝕失重，本發明比后者降低41.8％。實施例根據本發明所設計的加熱爐用鈷基合金的化學成分和生產方法冶煉了5爐合金。首先采用真空應爐冶煉母合金，然后進行真空精密鑄造，澆鑄成鑄件；5爐合金的具體化學成分如表1所示。對5爐合金制品進行取樣，分別進行室溫及高溫拉伸試驗、持久性能試驗、抗熱腐蝕試驗、抗熱疲勞性能試驗和抗動態循環氧化性能試驗。其試驗結果分別列入表2、表3、表4、表5和表6。為了對比，在冶煉本發明5爐合金的同時，采用相同工藝冶煉了一爐對比例PGUMCo-50合金，也澆鑄成鑄件。并取樣進行了相應的試驗，其化學成分及各項試驗性能也分別列入上述相應的表中。表1實施例及對比例的化學成分(重量％)</tables>表5實施例及對比例抗熱疲勞性能(產生裂紋的加熱—冷卻循環次數N)表6實施例及對比例抗動態循環氧化性能(失重g/m2.h)注動態循環氧化試驗是將試樣放在坩堝中，試樣隨坩堝放進電阻爐內，自室溫升溫到試驗溫度，保溫25小時，隨爐冷至室溫，連續循環四次，清除氧化物后測量試樣失重。權利要求1.一種加熱爐用鈷基合金，其特征在于化學成分(重量％)為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％，Zr0.02～0.10％，B0.002～0.010％，余為Fe。2.一種權利要求1所述的鈷基合金，其特征在于該合金用于高溫加熱爐中的部件。全文摘要本發明屬于鈷基合金。主要適用于高溫加熱爐中的部件。其化學成分(重量%)為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%,Zr0.02～0.10%,B0.002～0.010%,余為Fe。本發明不僅具有較高的室溫和高溫強度,較高的持久壽命,而且還有優良的塑韌性、較高的抗氧化及抗熱腐蝕性能,高溫下使用壽命長。文檔編號C22C19/07GK1170768SQ97104318公開日1998年1月21日申請日期1997年5月28日優先權日1997年5月28日發明者馬華政,吳榮榮申請人:冶金工業部鋼鐵研究總院