[发明专利]形成氧化铝的镍基合金

说明书

技术领域

本发明涉及预期用于高温，例如高于900℃，的镍基合金。特别地，本发明涉及与铝合金化的弥散加强的镍基合金，其能够在表面上形成稳定的氧化铝，由此该合金具有好的抗氧化性。此外，本发明涉及该镍基合金的粉末以及该镍基合金的用途。

背景技术

与铝合金的镍基合金用于广泛的高温应用中，例如热处理炉中，因为其在表面上形成稳定的保护性氧化铝。该氧化铝通常具有非常好的附着性，且不容易剥落或离开该表面。此外，该氧化铝甚至在高温也具有低的生长速度。因此这种类型的合金通常具有非常好的抗氧化性。

已知形成氧化铝的镍基合金难以制备，尤其难以热加工。其非常重要的原因是在缓慢冷却/加热过程中，例如在热处理过程中或在热加工过程中，在低于约900℃的温度形成了金属间相γ’(Ni₃Al)。该金属间相使该合金变硬并变脆，并因此难以加工。γ’的沉淀还降低了铝在该合金中的活性，并由此使得保护性氧化铝在表面上的形成变得更加困难。

US 4,882,125中公开了形成氧化铝的镍基合金的一个实例。该合金包含27-35％Cr、2.5-5％Al和2.5-6％Fe。公开了高含量的铝降低了该材料的韧性，以及Al含量应当为至少2.75％以产生好的氧化保护，但优选不超过4％以使延展性不会变差。该专利还教导了高含量的Fe使该氧化性能变差，为此铁含量应当不超过6％。

US 4,460,542中公开了形成氧化铝的镍基合金的另一实例。该合金包含14-18％Cr、4-6％Al和1.5-8％Fe。该专利教导了与在表面上形成氧化铬的镍基合金相比，加入4-6％Al造成更好的氧化性能。在该专利中还公开了Fe对氧化性能具有负面影响，为此铁含量应当最大为8％。

WO 2004/067788A1公开了形成氧化铝的镍基合金的另一实例。在该例中，该合金包含15-40％Cr、1.5-7％Al和0.5-13％Fe。据称当该合金包含最大26.5％Cr、最大11％Fe和3-6％Al时实现了最好的结果。

WO 00/34541A1公开了包含19-23％Cr、3-4.4％Al和18-22％Fe的镍基合金。该合金预期用于高温。WO 00/34541A1公开了19-23％Cr和3-4％Al的组合对于形成保护性Al₂O₃-Cr₂O₃垢是至关重要的。通过沉淀1至5摩尔％的Cr₇C₃颗粒，据称其是由24小时热处理而实现的，使该镍基合金强化。该合金是通过熔炼，例如真空熔炼，浇铸和加工成标准工程学形状，例如棒、条等，而制得的。该合金在高达1000℃下表现出良好的抗氧化性。

之前还已知铁基铁素体形成氧化铝的合金。然而，这种类型的合金通常在高温下具有低的机械强度。因此，通常加入小颗粒以提高该材料的蠕变强度。这例如描述于Metals Handbook，第10版，第2卷，943页中。这种类型的合金的另一问题是其室温延展性通常非常低，这使得焊接更困难。为了在铁素体材料中实现牢固的焊接，通常需要将待焊接的材料预热到至少200℃。在很多情况中，在焊接之后还需要在750-850℃进行去应力退火。

发明概述

本发明的目的是实现在高温下，特别是约900℃到至少约1250℃，具有优良的抗氧化性且仍具有好的热加工性和好的蠕变强度的合金。

通过弥散强化的镍基合金实现了上述目的，其以重量百分比(wt％)计包含：

选自Ta、Zr、Hf、Ti和Nb的一种或多种元素0.25-2.2

选自稀土金属(REM)的一种或多种元素最大0.5，

余量的Ni和常见杂质。

依照本发明的该镍基合金是奥氏体的，且具有非常好的抗氧化性，尤其是在高温下，例如高于900℃。即使在约1100℃的温度抗氧化性也很高。因为本发明的合金在表面上形成稳定的氧化铝，因此其甚至可以用于比氧化铬形成材料受到广泛氧化的那些温度更高的温度，即高于约1150℃。

已经发现通过向形成氧化铝的镍基合金中加入相对高含量的Fe可以降低金属间相γ’的稳定性，其又使该合金更容易制造和加工。γ’稳定性的降低使得对于给定的冷却速度这种沉淀的形成更缓慢，这有利于该合金的热加工。这还导致Al活性降低的风险降低，这又确保了能够在该合金的表面上形成抗氧化性的氧化铝。