[发明专利]一种新型Fe-Ni-Cr-N合金及制备方法

说明书

本发明属于合金材料技术领域，具体涉及一种高温强度、高温耐蚀性能优异的新型Fe‑Ni‑Cr‑N合金及制备方法。一种新型Fe‑Ni‑Cr‑N合金，按重量百分比计，该合金化学成分组成如下：C：0.02wt%以下、Si：0.6wt%以下、Mn：1.0~4.0wt%、Cu：1.5wt%以下、Ni：26~33wt%、Cr：18~26wt%、Mo：2~5wt%、Nb：2~4wt%、N：0.4~0.8wt%、Al：0.1~0.5wt%、Ti：0.4~1.1wt%、Ti/Al：2.0~2.5且Ti+Al：1.2~1.8wt%、(Ti+Al)/N：1.8~5.0、V：0.06~0.10wt%，其余为Fe及不可避免杂质。本发明制备出的新型Fe‑Ni‑Cr‑N合金在3.5%NaCl溶液中腐蚀电流密度为1.04×10^‑7~7.65×10^‑7mA/cm2,在600~700℃温度区间，合金屈服强度为417.41~431.38MPa，抗拉强度为651.13~743.36MPa，具有良好的屈服强度、抗拉强度和耐腐蚀性能。

技术领域

本发明属于合金材料技术领域，具体涉及一种高温强度、高温耐蚀性能优异的新型Fe-Ni-Cr-N合金及制备方法。

技术背景

镍基高温合金由于在高于600℃的环境中具有优异的抗氧化抗热腐蚀性能、卓越的抗蠕变抗热疲劳性能以及良好的组织稳定性，因此被普遍应用于航空发动机以及工业地面燃机的关键零部件中。近年来，随着对发动机燃烧效率以及推重比要求的不断提高，涡轮进口温度也越来越高，这就导致适配高推重比发动机热端部件材料的承温水平不断增加。因此，只有不断优化和改进合金的成分及生产工艺，才能促使发动机燃烧效率以及推重比不断提升。另一方面，由于国内镍资源匮乏，需要大量的进口来维持需求，这就导致成本提高，成为镍基高温合金产业发展的瓶颈。在即保证性能不变又降低成本的前提下，寻找新的元素代替镍元素是目前工业生产的主要发展方向。

氮和镍一样，同样是强烈形成奥氏体并扩大相区的元素，且其能力远远大于镍。在双相不锈钢中，在高温下氮稳定奥氏体的能力也比镍大。因为氮的奥氏体形成能力与碳相当，是镍的30倍。除此之外，氮作为固溶强化元素提高镍基合金的强度，但并不显著损害钢的塑性和韧性，同时，氮提高钢的耐腐蚀性能，特别是局部腐烛。

例如在专利文献1中，公开一种在现有技术的基础上进一步提高钢中含氮量的方法，为高氮钢的制备提供了一种新的思路。

另外，在专利文献2中，公开一种高硬度、耐蚀的Ni-Cr-Fe合金及其制备方法。

【现有技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】由昆明理工大学申请专利《一种高氮钢的制备方法》，专利号：CN104862447 B。

【专利文献2】由江苏飞跃机泵集团有限公司申请专利《一种高硬度、耐蚀的Ni-Cr-Fe合金及其制备方法》，专利号：CN 109778048 A。

但是，专利文献1所公开的高氮钢制备方法，虽然采用添加N元素，但设计思想并未将其替代Ni作为重点，且该专利文献是为解决高氮钢制备过程中出现气孔等问题，与本发明用于高温的合金设计思路不同。另外，专利文献2所公开的高硬度、耐蚀的Ni-Cr-Fe合金，虽然制备方法相似，但是具体配方和制备细节不同，且该专利文献中制备的合金与本发明采用N替代Ni的设计思想不同，且并未提出满足高温条件下的使用要求。

发明内容

鉴于上述实际情况，本发明目的在于提供一种高温强度、高温耐蚀性能优异的新型Fe-Ni-Cr-N合金，所制备的合金在高温环境下具有优异的屈服强度、抗拉强度和耐腐蚀性能。具体地说，在600-700℃温度区间，该新型合金的高温性能好于316L奥氏体不锈钢和部分镍基高温合金。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：