[发明专利]一种抗高温氧化的铸造高钨镍基合金及其制备方法

说明书

本发明提供一种抗高温氧化的铸造高钨镍基合金及其制备方法，合金成分重量百分比为：C 0.1～0.2％，Ni 51～54％，Cr 26～27％，Si 0.8～1.0％，Nb 0.5％,Mn 1.0～1.5％,W5.1～6.9％，余量为Fe，及微量的Ce和La。本发明将合金成分设计和传统铸造方法相结合，通过原材料选择、熔炼工艺、熔体的变质处理工艺、浇注工艺等的合理选择，有效地提高了镍基高温合金材料的抗氧化性能，能够较好地满足轧钢线的高温炉内垫块或辊环、冶金热处理炉、石化高温设备等场合下对镍基合金的性能要求。

技术领域

本发明属于金属材料领域，具体涉及一种抗高温氧化的铸造高钨镍基合金及其制备方法。

背景技术

短流程的连铸连轧钢坯生产线集中了炉外精炼、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℃～1250℃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。故开发较低成本的、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。

另外，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。

镍基高温合金是以镍为基体(含量一般大于40％)、在650～1100℃范围内具有较高强度和良好抗氧化的高温合金。它是在Cr20Ni80合金基础上发展起来的，为了满足镍基高温合金在1000℃以上的耐高温和抗氧化性能，常在其中加入了大量的强化元素。钨作为一种强化元素，常被用于加入到镍基高温合金中起固溶强化作用，钨原子的半径比较大，比基体镍的半径大百分之十几，固溶强化作用明显，再结合钼、锰、铌等元素的添加，使得合金的耐高温和抗氧化性能得到显著提升。

近期中国在高钨镍基高温合金方面的主要发明有，公告号为CN 111575536 A的专利申请“一种高W、Mo含量镍基高温合金及其制备方法”公开了一种镍基高温合金，其主要成分质量百分比为：C 0.013～0.018、Cr 20～21、W 7.9～8.1、Mo 7.9～8.1、Al 0.6～0.75、Ti 0.6～0.75、Mn 0.28～0.33、Si 0.15～0.20、P 0.002～0.013、S 0.001～0.013、Fe0.11～0.19、B 0.002～0.005、Ce 0.02～0.05、Zr 0.02～0.06、余量为Ni，该发明通过优化元素成分配比，降低了碳化物的析出倾向,碳化物分布更加均匀，减少聚集倾向。该发明的特点是具有很高的含Mo量和含W量。公告号为CN 111411266 A的专利申请“一种镍基高钨多晶高温合金的制备工艺”，合金质量百分比为：Cr：15～18％，Co：15～20％，Ti：0.5～1.5％，Al：3.5～4.5％，W：7.0～8.5％，Si：≤0.5％，Mn：≤0.5％，Nb：0.5～1.5％，C：0.03～0.08％，余量为Ni，在真空度为0.3～0.5Pa下以及氩气保护下进行熔炼，然后采用电渣重熔工艺精炼，得到铸锭；再锻造开坯，高温轧制，最后热处理。该发明的主要特点是含Al,利用Al与Ni的化合物提高强度及抗氧化。该发明的合金经热处理后完全再结晶，其晶粒尺寸30-50微米，晶内弥散分布Ni₃Al相，且其体积分数不低于35％，其在850℃条件下屈服强度不低于700MPa。