[发明专利]一种抗高温氧化的铸造镍基合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种抗高温氧化的铸造镍基合金及其制备方法。

背景技术

具有短流程特征的连铸连轧钢坯生产线是近期世界钢铁生产工艺发展中的一项重大高新技术,它集中了炉外精炼、近终形高速连铸、隧道式加热、现代热轧及在线温度、厚度、板形等自动检测与计算机过程控制等一系列高新技术,将热轧板实现了从钢水到成品的连续、自动化生产，具有生产过程紧凑、周期短、能耗低、成材率高、投资少、成本低等许多优点。连铸连轧生产线需要有隧道型、辊底式加热炉对钢坯进行加热和输送。辊底式加热炉是连接连铸机与轧机的重要过渡设备。钢坯在加热炉内运动时，是靠旋转的耐热合金辊环支撑，并在其上方进行运动。在生产较薄的钢坯时，耐热合金辊环要承受加热炉内1150°C ～1250°C的高温，保持较高的抗氧化性及高温强度。因此，一些进口生产线采用Co50合金（即含Co50%，其余主要为Cr及Fe元素）制造辊环。但是，这种材料由于采用昂贵的钴，成本很高，高温性能也有待改善。故开发低成本的、能满足高温性能要求的低成本镍基合金替代钴基合金具有重要的意义。

此外，冶金行业中的各种高温热处理炉中的辐射管、弯头、料框等部件，石化行业的高温装置中的挂件、管件等部件，都需要长期在高温下工作，需要采用抗高温氧化的材料进行制造。这些部件以前通常使用ZG40Cr25Ni20等铸钢材料制造，高温使用一段时间后容易出现开裂、变形、氧化等缺陷，使用寿命较短，更换频率很高，严重影响设备的正常运转。

近期中国在镍基高温合金方面的主要发明有，中国专利“一种γ’强化的高性能铸造镍基高温合金”（公告号CN 101372730B）发明一种镍基高温合金，主要成分为：Co12.0%，Cr18.0%，Mo2.0%，C0.015%，B0.02%，Y0.05%，Al0.5%，W2.0%，Ti1.0%，Nb3.0%，Ta5.0%，余量为Ni。该材料主要具有较高的高温力学性能，在700°C下长期使用时组织稳定，主要用于航天、航空发动机机匣等零件的制造。中国专利“一种定向凝固镍基高温合金及其热处理工艺”（公告号CN 101121977B），合金成分重量百分比为：C0.02～0.2，Cr 8.0～10.0，B 0.003～0.03，Al 4.5～6.5, Co 4.0～12.0, Nb 1.8～2.5, W 2.5～4.5, Mo 2.5～4.5, Y 0.005～0.05, Ni余量，主要用于采用定向凝固方法制造飞机发动机的叶片等。中国专利“超细晶镍基高温合金及其制备方法”（公告号 CN 101307402 B）发明一种特别要求高温强度和疲劳性能很高的构件使用的材料，化学成分重量百分比为，Fe 17～19，Cr 17～20，Mo 2.8～3.3，W 0～1.5，Al 1.0～1.5, Ti 0.3～1.3, Nb 4.7～5.7, C<0.015，余量为Ni。其制备方法是将配比原料经真空感应熔炼和真空电弧重熔后均匀化处理，在1150～1170℃保温，再在1180～1190℃保温，然后在1100～1120℃开坯后，在1020～1050℃开锻或开轧。

钢铁企业轧钢生产线使用大量高温合金，主要用作加热炉内垫块和钢坯的运送辊上。冶金行业或石化行业也都需要采用大量抗高温氧化的合金材料，国内用到的这类高温合金大部分采用高合金铸钢制造或高镍合金制造，成本高昂。而且许多研制的材料只能满足小于1150°C较低的生产温度需要。急需研制一种新合金，以降低成本并改善高温性能，用于使用温度达到1250℃左右的生产线用的镍基合金部件的制造。

发明内容

本发明的目的是针对上述现状，旨在提供一种具有良好的耐高温、抗氧化性能，良好的综合性能、成本低的铸造镍基合金及其制备方法。

本发明目的的实现方式为，一种抗高温氧化的铸造镍基合金，合金成分重量百分比为：

C 0.1～0.3，Ni 47～51，Cr 26～29， Si 0.8～1.5，Nb 0.5～0.8, Mn 0.5～1.5, Mo 0.3～1.0, W 4～7，余量为Fe。

一种抗高温氧化的铸造镍基合金的制备方法，具体步骤如下：

1） 将上述配比的镍、铁、铬、铌原料，通过感应熔化电炉，于1500℃熔化为镍基合金熔体；

2）将步骤1）所得的镍基合金熔体过热到1580～1630℃，再加入上述配比的硅、锰原料，进行预脱氧处理，除去表面熔渣；之后，再将熔体的温度调到1530～1580℃；

3）在步骤2）所得的熔体中加入0.005～0.2%混合稀土原料，1550℃进行熔体的精炼和变质处理，