[发明专利]一种轧钢加热炉耐热垫块用的耐高温钴基合金

说明书

技术领域

本发明涉及钴基高温合金，具体涉及一种轧钢加热炉耐热垫块用的耐高温钴基合金。

背景技术

现在社会的国防、汽车、造船等工业正在飞速发展，国家对大型宽厚板的需求也越来越大，目前国际上宽厚板生产均采用高效节能的热连轧技术，步进式和推钢式加热炉是钢铁企业轧钢生产及产品深加工的关键设备，应用极其广泛。而耐热垫块作为轧钢加热炉的关键部件，长期处于高温、腐蚀气氛及高负载的恶劣工况，对材质要求非常严格。

1944年西屋公司（Westinghouse corporation）的Yan Keel9A发动机采用了钴基合金HS 23精密铸造叶片，自此以后钴基高温合金开始广泛用于制造航空发动机叶片制造及一些防腐蚀性能要求很高的零件。由于钴基合金具有比较平坦的应力——断裂时间（温度）曲线，也就是有较长的使用寿命，1963年德国Pose marre公司开发UmCo-50合金用于制造轧钢加热炉的耐热垫块，该合金比30Cr-25Ni-Fe系列高温合金的使用温度提高300℃，不仅具有优良的力学性能及化学性能，而且在高温下具有自润滑功能。

随着对钴合金材料研究的进一步深入，材料工作者发现UmCo-50在高温下仍有一些不足之处，在600～900℃长期使用析出有害的σ相，1000℃以上长期使用析出（Cr，Fe）₂N片状相，导致使用时垫块高度损耗较大，容易产生严重变形，影响使用寿命。1983年日本开发出了采用KHR40CM合金的耐热垫块，同UMCo-50合金耐热垫块相比，工作温度和抗氧化性能得到增强，垫块的极限高度进一步提升，减小了垫块顶部与钢坯的温差，使被加热钢坯的“黑印”情况有效降低。现在钴基高温合金已广泛应用于全世界范围内的轧钢用步进式和推钢式加热炉。

近年来，轧钢用步进式大型板坯加热炉中开始广泛采用高效节能的汽化冷却技术，但耐热垫块的使用温度也随之增加，普遍工作在1300℃～1350℃，KHR40CM合金长期工作在这样的恶劣工况条件下时，使用寿命无法得到有效保证，各加热炉公司正在积极探索适合制造耐热垫块的新型高温合金。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种轧钢加热炉耐热垫块用的耐高温钴基合金，以使其在1300℃的使用温度下具有较高的蠕变强度及抗氧化、抗腐蚀性能，有效的延长使用寿命。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种轧钢加热炉耐热垫块用的耐高温钴基合金，化学成分（wt%）为：C 0.05～0.20%、Si 0.5～2.0%、Mn 0.5～1.5%、Cr 27～30%、Co 39～41%、Ni 14～18%、W 2～5%、Ce 0.02～0.2 %，其余为Fe。

化学成分优选为：C 0.12～0.15 wt%、Si 1.5～1.7 wt%、Mn 1.2～1.4 wt%、Cr 27～29 wt%、Co 39～40 wt%、Ni 15～17 wt%、W 3～4 wt%、Ce 0.05～0.1 wt%，其余为Fe。

一种轧钢加热炉的耐热垫块，由上述的耐高温钴基合金制成。采用本合金制造的耐热垫块，主要适用于轧钢用步进式加热炉，宜采用双真空冶炼工艺精密铸造成型，较目前广泛使用的UmCo-50和KHR40CM合金制成的耐热垫块相比，具有更好的组织稳定性和抗氧化性，提高了高温蠕变强度及使用寿命。

耐热垫块是一种长期处于高温中等应力工况的静态部件，在合金加入39～41 wt%的Co来发挥钴基合金在该使用条件下的优势，保证本合金的高温抗蠕变强度。

在合金加入14～18 wt%的Ni，提高了基体面心立方γ相的稳定性，改善了合金析出各种有害相的倾向，使合金氧化膜与基体的结合强度提高，1300℃时抗氧化性能良好，适量的Ni不会明显降低合金的耐磨性。

本合金含有27～30 wt%的Cr，以提高耐腐蚀性和形成硬质碳化物从而提高耐磨性，同时也提高了合金的抗高温氧化性能。超出此上限值的Cr浓度会导致熔融合金流动缓慢，具有较差的铸造性能，且导致合金产生内部裂纹的倾向增大。

本合金含有2～5 wt%的W，起到一定的固溶强化作用，提高了合金再结晶温度，阻碍扩散型形变，同时形成了部分稳定的起时效沉淀强化作用的γ′相，从而有效提高了本合金的高温蠕变强度。