[发明专利]具有优异高温耐腐蚀性和抗蠕变性的高铝奥氏体合金

说明书

本发明提供一种高铝奥氏体合金和高铝奥氏体离心铸管，该高铝奥氏体合金和高铝奥氏体离心铸管在900℃及以上的温度下具有优异的耐腐蚀性能和抗蠕变性能，同时具有所需的力学性能。以重量百分比计，本发明的高铝奥氏体合金或高铝奥氏体离心铸管的元素组成为：C，0.3‑0.7％；Mn，0‑0.5％；Si，0‑0.5％；Cr，20‑26％；Ni，40‑50％；Al，3.5‑5％；Ti，0.01‑0.3％；Zr，0.01‑0.3％；Nb，0.1‑1％；Ta，0.01‑2％；Mo，0.01‑1％；W，0.01‑1.9％；N，0.001‑0.04％；Re，0.03‑0.3％；余量为Fe和不可避免的杂质。本发明还涉及制造本发明的高铝奥氏体合金和高铝奥氏体离心铸管的方法。

技术领域

本发明涉及奥氏体合金领域，具体涉及具有优异高温(≥900℃)耐腐蚀性和抗蠕变性的高铝奥氏体合金。

背景技术

镍铬奥氏体耐热合金一直被广泛应用于石油化工行业。该行业使用的装置(如用于蒸汽裂解的裂解管)一方面要经受炉管外部接近1100℃的燃烧，另一方面材料也要经受炉管内部烃类物质气体带来的渗碳腐蚀以及外表面的高温氧化，因此要求材料在高温环境下有良好的耐高温和耐腐蚀性能以及高温力学性能，如抗蠕变性能和高温塑性等。

镍铬奥氏体耐热合金中最常用的两种合金为ZG45Ni35Cr25NbM和ZG50Ni45Cr35NbM(下文用35/45代替ZG50Ni45Cr35NbM)，其中35/45合金用在更高温度和更剧烈的腐蚀环境工况下。使用时，腐蚀性气体会与合金作用发生高温氧化以及腐蚀，在炉管内表面会形成一定厚度的金属氧化物层，保护材料不被进一步的氧化和腐蚀。35/45合金中形成的金属氧化物层主要为Cr₂O₃+SiO₂复合氧化层/膜。该氧化层在低于1050℃时，比较稳定，能有效阻止材料的氧化以及渗碳腐蚀。然而，当温度高于1050℃时，氧化铬热稳定性变差，当炉管受到应力作用时，氧化层容易出现裂纹，使得其连续性和致密性下降，不足以继续保护材料基体，导致氧化向材料内部扩散以及渗碳腐蚀加快，直至氧化层与基体逐渐开裂剥。

添加Al元素是增加35/45镍铬奥氏体合金对氧化和渗碳的抵抗力的一种方式。Al含量较高时可在合金表面上形成一层有一定厚度的致密性较高的氧化铝，在裂解炉工况下，其在当温度高于1050℃时也表现稳定，从而使合金在高温环境中表现出较好的抗渗碳和抗氧化性能。然而，Al含量的增加则会导致材料延展性降低。因此，目前应用于石油化工行业的耐热合金通常含铝很少或不含铝。

本发明提出一种具有高铝含量的奥氏体合金，以确保对环境的高抵抗力(如氧化以及渗碳腐蚀)，同时保证至少与目前已知的合金一样高的力学性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高铝奥氏体合金和高铝奥氏体离心铸管，该高铝奥氏体合金和高铝奥氏体离心铸管在900℃及以上的温度下具有优异的耐腐蚀性能和抗蠕变性能，同时具有所需的力学性能。本发明还涉及制造本发明的高铝奥氏体合金和高铝奥氏体离心铸管的方法。

具体而言，以重量百分比计，本发明的高铝奥氏体合金或高铝奥氏体离心铸管的元素组成为：C，0.3-0.7％；Mn，0-0.5％；Si，0-0.5％；Cr，20-26％；Ni，40-50％；Al，3.5-5％；Ti，0.01-0.3％；Zr，0.01-0.3％；Nb，0.1-1％；Ta，0.01-2％；Mo，0.01-1％；W，0.01-1.9％；N，0.001-0.04％；Re，0.03-0.3％；余量为Fe和不可避免的杂质。

优选地，本发明的高铝奥氏体合金或高铝奥氏体离心铸管中，C含量为0.4-0.65％。

优选地，本发明的高铝奥氏体合金或高铝奥氏体离心铸管中，Mn含量为0-0.4％。

优选地，本发明的高铝奥氏体合金或高铝奥氏体离心铸管中，Si含量为0-0.4％。