專利名稱：：一種加熱爐用鈷基合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于鈷基合金領(lǐng)域。主要適用于高溫加熱爐中。目前，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的大、中型軋鋼廠的鋼坯加熱爐均采用步進(jìn)梁式加熱爐，這種加熱爐已成為大中型軋鋼廠的主流加熱設(shè)備。該爐爐內(nèi)的工作溫度一般高達(dá)1300～1450℃，固定在爐底支承梁上的耐熱墊塊或滑軌在超高溫和氧化——硫化氣氛及重載荷的惡劣工況條件下支承和傳遞鋼坯，是加熱爐的關(guān)鍵部件。在現(xiàn)有技術(shù)中，有的采用Ni--Cr-Fe系耐熱鋼制作加熱爐的耐熱墊塊或滑軌。但由于該系鋼種高溫強(qiáng)度較低，其耐熱墊塊或滑軌的極限高度僅為60～80mm，被加熱鋼坯往往產(chǎn)生較嚴(yán)重的“滑道黑印”，而黑印對(duì)于其后軋件的質(zhì)量、生產(chǎn)效率及單位能耗均有極坯的影響。另外，使用壽命也較低。因此，目前國(guó)際上先進(jìn)的這類加熱爐的爐底墊塊或滑軌均采用鈷基合金或高鈷合金制造。如國(guó)外的PGUMC0-50合金(《COBALT》1973.3，P60-66)，該合金Co含量達(dá)45.0-52.0％，性能尚能滿足使用要求。其缺點(diǎn)是塑韌性、抗高溫蠕變性能、抗高溫氧化、抗熱腐蝕性能等均較低，導(dǎo)致使用時(shí)墊塊或滑軌高度損耗較大，有時(shí)甚至產(chǎn)生嚴(yán)重變形和開裂，大大降低了使用壽命。本發(fā)明的目的在于提供一種鋼坯加熱爐用鈷基合金，該合金不僅具有更高的高溫強(qiáng)度和良好的塑韌性，而且還具有優(yōu)良抗氧化、抗硫化和抗熔渣腐蝕性能，使用壽命長(zhǎng)。針對(duì)上述目的，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的加熱爐用鈷基合金的化學(xué)成分(重量％)為C≤0.25％，Si≤2.0％，Mn≤2.0％，Cr25.0～32.0％，Co40.0～55.0％，Nb0.2～2.0％，Y0.05～0.2％，Zr0.02～0.10％，B0.002～0.010％，余為Fe。在上述化學(xué)成分中，Co是確保該合金在1000～1300℃溫度范圍內(nèi)仍具有足夠強(qiáng)度的關(guān)鍵元素。以Co為基使合金在高溫區(qū)有相對(duì)平坦的持久強(qiáng)度與時(shí)間——溫度參數(shù)曲線，這一特性對(duì)用于高溫下低應(yīng)力長(zhǎng)壽命和靜止部件有特殊價(jià)值。高Co還使合金具有極好的抗熱腐蝕和抗熱沖擊性能。Co含量在40～55％之間較合適。抗高溫氧化性能差是鈷合金的最大缺點(diǎn)，為獲得較好的抗氧化性能，合金中需要加入25％-32％的Cr，超出此限值將損害合金的韌性和鑄造性能。C是形成碳化物強(qiáng)化相的基本元素，對(duì)于要求具有高蠕變強(qiáng)度的鑄造合金，碳含量的控制至關(guān)重要。但是作為在超高溫下使用的加熱爐用合金，單從熔點(diǎn)方面考慮，過高的碳也是不適當(dāng)?shù)?。加入Si和Mn是為了增加合金的流動(dòng)性，提高鑄造性能，同時(shí)加強(qiáng)熔體的脫氧作用，Mn還是奧氏體穩(wěn)定元素并有固S和促進(jìn)形成尖晶石MnCr2O4氧化保護(hù)膜的作用。Si，Mn的添加量2％以下即可達(dá)到充分的效果。添加少量Nb和微量Y，B，Zr能明顯提高合金的耐熱性能。微量B、Zr通過凈化和強(qiáng)化晶界，提高合金的持久強(qiáng)度和持久塑性。適量的Y有助于穩(wěn)定Cr2O3氧化物，改善氧化膜與基體的粘著性，減少CoCr2O4尖晶石和CoO氧化物的形成，降低合金的氧化速率，對(duì)提高合金的抗高溫氧化，特別是抗高溫動(dòng)態(tài)氧化性能和抗熱腐蝕性能有利。加入＜2％的Nb，能明顯提高合金的強(qiáng)度而不致對(duì)熔點(diǎn)和抗氧化性產(chǎn)生有害影響，這種有益作用與微量Nb局部偏聚于合金的樹枝晶間和晶界有關(guān)。本發(fā)明生產(chǎn)方法，對(duì)于鑄件來說，采用真空冶煉母合金和真空精密鑄造鑄件的雙真空工藝生產(chǎn)鑄件，較為合適。也可以冶煉后，澆注成鑄坯，通過鍛、軋生產(chǎn)成各種型材。根據(jù)本發(fā)明所述的化學(xué)成分和生產(chǎn)方法所生產(chǎn)加熱爐用鈷基合金具有更高的高溫強(qiáng)度和塑性；良好的高溫抗氧化性能和抗熱腐蝕性能1100℃σb≥75.0MPa，δ≥30％1000℃，1000小時(shí)持久強(qiáng)度≥33.0MPa在1250℃溫度下抗動(dòng)態(tài)循環(huán)氧化的失重≤4.0g/m2.h在1100℃溫度下抗動(dòng)態(tài)循環(huán)氧化的失重≤0.95g/m2.h在1000℃×100小時(shí)的熱腐蝕失重≤4.5mg/cm21050℃溫度下的加熱—冷卻循環(huán)不產(chǎn)生可見裂紋的次數(shù)N＞125次。本發(fā)明加熱爐用鈷基合金適用于高溫加熱爐中的部件。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)本發(fā)明不僅具有更高的強(qiáng)度，而且還有優(yōu)良的塑韌性。如1000℃、20MPa下本發(fā)明的持久壽命為6980小時(shí)，而PGUMCo-50合金僅為1950小時(shí)，前者比后者壽命長(zhǎng)三倍多。本發(fā)明室溫和高溫抗拉強(qiáng)度不僅略高于PGUMCo-50合金，而且塑性也高得多，并消除了馬鞍形的低中溫低塑性區(qū)。(2)本合金抗冷熱疲勞性能、抗氧化及抗熱腐蝕性能優(yōu)良。如在850℃、950℃、1050℃產(chǎn)生裂紋的加熱—冷卻循環(huán)次數(shù)N，本發(fā)明比PGUMCo-50合金分別高出1.5～3倍，1200℃溫度下的抗動(dòng)態(tài)循環(huán)氧化失重，本發(fā)明比后者降低22％，1000℃×100小時(shí)熱腐蝕失重，本發(fā)明比后者降低41.8％。實(shí)施例根據(jù)本發(fā)明所設(shè)計(jì)的加熱爐用鈷基合金的化學(xué)成分和生產(chǎn)方法冶煉了5爐合金。首先采用真空應(yīng)爐冶煉母合金，然后進(jìn)行真空精密鑄造，澆鑄成鑄件；5爐合金的具體化學(xué)成分如表1所示。對(duì)5爐合金制品進(jìn)行取樣，分別進(jìn)行室溫及高溫拉伸試驗(yàn)、持久性能試驗(yàn)、抗熱腐蝕試驗(yàn)、抗熱疲勞性能試驗(yàn)和抗動(dòng)態(tài)循環(huán)氧化性能試驗(yàn)。其試驗(yàn)結(jié)果分別列入表2、表3、表4、表5和表6。為了對(duì)比，在冶煉本發(fā)明5爐合金的同時(shí)，采用相同工藝冶煉了一爐對(duì)比例PGUMCo-50合金，也澆鑄成鑄件。并取樣進(jìn)行了相應(yīng)的試驗(yàn)，其化學(xué)成分及各項(xiàng)試驗(yàn)性能也分別列入上述相應(yīng)的表中。表1實(shí)施例及對(duì)比例的化學(xué)成分(重量％)</tables>表5實(shí)施例及對(duì)比例抗熱疲勞性能(產(chǎn)生裂紋的加熱—冷卻循環(huán)次數(shù)N)表6實(shí)施例及對(duì)比例抗動(dòng)態(tài)循環(huán)氧化性能(失重g/m2.h)注動(dòng)態(tài)循環(huán)氧化試驗(yàn)是將試樣放在坩堝中，試樣隨坩堝放進(jìn)電阻爐內(nèi)，自室溫升溫到試驗(yàn)溫度，保溫25小時(shí)，隨爐冷至室溫，連續(xù)循環(huán)四次，清除氧化物后測(cè)量試樣失重。權(quán)利要求1.一種加熱爐用鈷基合金，其特征在于化學(xué)成分(重量％)為C≤0.25％，Si≤2.0％，Mn≤2.0％，Cr25.0～32.0％，Co40.0～55.0％，Nb0.2～2.0％，Y0.05～0.2％，Zr0.02～0.10％，B0.002～0.010％，余為Fe。2.一種權(quán)利要求1所述的鈷基合金，其特征在于該合金用于高溫加熱爐中的部件。全文摘要本發(fā)明屬于鈷基合金。主要適用于高溫加熱爐中的部件。其化學(xué)成分(重量%)為C≤0.25%≤,Si≤2.0%,Mn≤2.0%,Cr25.0～32.0%。Co40.0～55.0%,Nb0.2～2.0%,Y0.05～0.2%,Zr0.02～0.10%,B0.002～0.010%,余為Fe。本發(fā)明不僅具有較高的室溫和高溫強(qiáng)度,較高的持久壽命,而且還有優(yōu)良的塑韌性、較高的抗氧化及抗熱腐蝕性能,高溫下使用壽命長(zhǎng)。文檔編號(hào)C22C19/07GK1170768SQ97104318公開日1998年1月21日申請(qǐng)日期1997年5月28日優(yōu)先權(quán)日1997年5月28日發(fā)明者馬華政,吳榮榮申請(qǐng)人:冶金工業(yè)部鋼鐵研究總院