[发明专利]一种钴基合金及其制品

说明书

本发明涉及冶金技术的超耐热合金分支，更具体地说，涉及具有独特的兼有高温强度，耐氧化性，耐热腐蚀性和抗热疲劳裂纹等性质的新的钴基合金其制品。

燃气轮机热段部件必须能够在热腐蚀和侵蚀介质中，在应力和温度的苛刻条件下连续操作，迄今仅有高温钴基和镍基超耐热合金被证明可胜任此项任务。用于燃气轮机的几种铸造钴合金在市场上是可买得到的。然而，意想不到的是市场上买得到的锻造钴合金，其类号是十分有限的，尽管长期需要更好的产品。因此，用于生产制造或修补热段钴合金构件焊丝的锻造合金缺少若干种所需要的性质。目前，广泛使用的两种这样的锻造合金不能生产需长期经受热循环的修理用的零部件。因而，昂贵的热段零部件的寿命仍然是工业上的主要问题。

根据本发明，基于我们的新构思和下述的发现，避免了先有技术锻造合金的短处，并获得许多新优点和重要结果。而且是在没有明显弥补成本负担或其它损失下获得这些利益。

在完成本发明时，我们发现它可能符合和满足钴基锻造合金的长时期的要求，该合金需经受燃气轮机发动机热循环和长时期的热腐蚀破坏。另外，我们还发现获得这种新性质的同时还具有优良的焊接（以焊丝形式）特性，如流动性、润湿性，以及良好的机械性能。

另一发现是，按本发明制成的焊丝在维修铸造钴基合金燃气轮机部件时是特别有用的。事实上，用本发明焊丝维修的这些部件已被证明比用先有技术合金维修的相应部件性能改进近十倍，特别是在热疲 劳流化床试验中抗裂纹产生方面更是如此。

出乎意料的是，只要对至今已知的钴基锻造合金的组成作很小的，但是关键性地改变，即可获得上述新的结果和优点。因此，本发明合金含有与U.S.P.3，366，478中所公开之合金相类似比例的碳、镍、钽，稍多的铬和相应较少的钴。但是，作为本发明合金重要的添加组分还有小比例，却是有效的铈。

一般说来，本发明之新的合金除了钴之外还含有约0.03-0.10%（重量）的碳，约24-32%（重量）的铬，约14-22%（重量）镍，约2-8%（重量）钽，和约0.02-0.75%（重量）铈。此外，这些合金金还可能含有少量铝、铜、镁、硅、硼、钨、钼、铁和锆，其总量最高达1.38%（重量）。氧、氮及低温熔点金属元素如铋、砷和铅尽可能地保持在最低浓度水平。本发明最佳形式的合金含有29%铬，20%镍，6%钽，0.05%碳，0.25%铈，余量为钴。

作为生产的制品，本发明可采取各种形式。简单地说明，可以是本发明之新合金焊丝，或者是复合结构例如用所述新合金涂覆有防护层的热段燃气轮机部件。还可以是须用所述新合金焊接修补和填充裂纹的燃气轮机喷咀。

在构成说明书一部分的附图中，

图1是表示产生裂纹的时间和裂纹长度（毫米，密耳）对循环数的曲线图，用连接各有关的合金数据点的曲线表示实施本发明的样品以及两个选自先有技术填角焊缝的焊丝合金样品的热疲劳试验结果。

图2是表示1000小时断裂强度图，图中表示应力与温度之间的关系，用各数据点表示实施本发明的试样断裂强度试验结果和文献中报导的四种先有技术合金的相应试验的数据。图中“＊”表示1003小时后没损坏。

图3是用连接试验数据点的曲线，表示在982℃（1800°F），天然气中的抗氧化性图，该图表示平均侵透性（毫米，密耳）与时间（千小时）的关系;

图4是燃气轮发动机壳、挡板块及涡轮叶片个别的横截面图，其中的挡板，在其对着叶片尖的挡板块表面上是用本发明的合金涂覆的。

图5是用于评价本发明合金和图1示有结果的先有技术用作填角焊缝的焊接材料的热疲劳试验样品的平面视图。

图6是图5所示样品中的线6-6处的截面图。

本发明合金的生产可由操作人员选择，但根据我们目前的实践是在真空下，即用真空感应熔化方法熔炼钴、铬、镍、钽和碳。在接近熔炼终了时添加铈或含铈的稀土元素合金。然后将铸块第二次再熔以促使均匀化和组织精炼，以便能成功地进行粗轧。得到的坯锭再加工成各种形式锻件;棒材和焊丝。另一方面可以将铸块变成粉末形式。