[发明专利]耐热变形合金

说明书

本发明是以铁、铬、镍为基体的变形耐热合金，属于每一种成份的重量都低于50％的合金领域。

目前，国内外常用的耐高温变形合金主要是含镍量为30-50％(重量百分比，下同)的铁镍变形合金和含镍量超过50％的镍基变形合金，但其使用温度都不超过1100℃。例如，国际上常用的铁镍基合金Incoloy800系列合金，其使用温度一般不超过1000℃。AISI310合金使用温度不超过1038℃。Inconel600系列及国内的GH30等镍基变形合金，尽管其热加工性能尚可，但价格昂贵，使用温度也不超过1050℃，因其镍含量高，高温下还易受高温硫化腐蚀，更限制其使用。

铸造的耐热合金，如HP40、HP40WNb及HK-40等，虽然可以耐更高的温度，但却不能加工成无缝管和板材。

然而，随着能源、石化、冶金等基础工业和航空、航天等高新技术产业的发展，迫切需要能耐更高温度、抗腐蚀、高强度及易加工的变形耐热合金。如石油化工裂解装置、石脑油蒸气重整装置、冶金工业的热风炉、焦化炉、煤气化工业的沸腾床气化炉等高温装置，都需要最高能耐1200℃的抗氧化、耐腐蚀的合金无缝管用于加热、测量和控温设备上。这类合金的开发引起国内外的重视。日本将耐1000℃、十万小时高温持久强度达9.8兆帕的耐热变形合金无缝管作为向极限挑战的金属材料进行研究开发(见《向极限挑战的金属材料——开拓21世纪的技术》，田中良平编著，75-84页，冶金工业出版社，1986)。中国专利申请CN1076969A公开了一种具有优良的热加工性能和高温抗氧化性能的奥氏体高温抗氧化钢，其合金成分为铬、镍、铁及钙、镁、铝、稀土(铈)等，推荐使用温度在1100℃以下。美国专利US5023050是一种镍基合金，含铬、钨、钼等，不含铁，用于高温、高压的氢环境，如燃氢的空间飞行器上。

本发明的目的是根据合金耐热理论、组织稳定性原理和强度理论，通过系统研究合金元素对镍铁合金高温氧化、硫化、高温强度和热加工性能的影响，寻求合金元素成分和含量的最佳组合，开发在1200℃以下高温条件下，具有良好抗氧化、抗硫化性能，有良好的高温强度又易于热变形加工的耐热变形合金。这种合金能进行锻造、轧制、挤压、穿管、拉管等加工，可成型为线、棒、管和板材。

综合考虑铬、镍对铁合金的耐热、耐蚀、高温强度和组织稳定性的影响。本发明采用铬26％、镍27％，余量为铁的基本合金元素。这一基本合金成分具有良好的抗氧化、抗硫化和抗掺碳性能，蠕变强度高、组织稳定性好，还具有良好的热加工性能。本发明还加入少量可提高合金高温强度的强化元素钼、铌。为了进一步提高合金的抗氧化和耐腐蚀性能。本发明进一步加入铝和稀土元素，同时提高了氧化膜的粘着力，细化了合金颗粒，也改进了热加工性能。

为保证本发明合金的热加工性能，对有害于热加工性能的元素碳、硅、磷和硫要严格控制，尽可能降低其含量。

本发明的耐热变形合金以铬、镍和铁为主要合金元素，其特征在于合金的组分(重量百分比)为：

铬：25-28％，镍：25-29％，钼：0.2-1.5％，铌：0.2-1.5％，铝：0.15-1.0％，锰：0.6-1.5％，稀土元素：0.1-0.3％。

有害元素碳、硅、磷和硫分别小于0.15％、0.7％、0.03％和0.02％，其余为铁。

其中，稀土元素可以是钇、铈或以铈为主要成分的混合稀土。

本发明的合金可以采用真空二次重熔成中频熔炼加电渣熔炼工艺进行熔炼，以去除杂质，消除偏析。在轧制，挤压等热加工工艺以前，采用快速感应加热，减少加热时间，防止晶粒粗化，提高热加工成品率。

本发明的合金具有良好的组织稳定性，其基本组织结构是奥氏体加碳化物。合金具有良好的热加工性能，可以铸造成型，也可以铸造、轧制、挤压、拉丝、穿管、拉管加工成棒、线、管材。本发明的合金在1200℃以下高温有优良的抗氧化、抗硫化等耐腐蚀性能，可以在石油化工、煤化工、电力等工业中作为加热炉高温炉管、高温检测设备配套的测温管、控温管等广泛使用，以替代铸造耐热合金管和进口的镍基合金管，减小了炉管尺寸，提高了传热效率，降低了成本，延长了炉管和测、控温管的使用寿命。

以下说明几个较佳的实施例。