具有氧化铝阻挡层的铸造产品及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种具有氧化铝阻挡层的铸造产品及其制造方法。本发明专利技术的具有氧化铝阻挡层的铸造产品是在铸造体的表面上形成了包含Al2O3的氧化铝阻挡层的铸造产品，铸造体以质量百分比计包含：0.3-0.7％的C、0.1-1.5％的Si、0.1-3％的Mn、15-40％的Cr、20-55％的Ni、2-4％的Al、0.005-0.4％的稀土元素、0.5-5％的W和/或0.1-3％的Mo，作为剩余部分的25％以上的Fe以及不可避免的杂质，以及所述稀土元素的80％以上为La。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有氧化铝阻挡层的铸造产品及其制造方法
本专利技术涉及具有氧化铝阻挡层的铸造产品及其制造方法。
技术介绍
在耐热铸钢产品例如用于制造乙烯的反应管和分解管、炉底辊、辐射管、耐金属粉末化材料等中，由于暴露于高温气氛下，因此要求使用具有出色的高温强度的奥氏体系耐热合金。在这种奥氏体系耐热合金中，在高温气氛中使用期间，在表面形成金属氧化物层，该氧化层作为阻挡层用以保护高温气氛中的基体材料。另一方面，当Cr氧化物(主要由Cr2O3构成)作为这种金属氧化物被形成时，由于致密性较低，故其防止氧或碳侵入的功能是不充分的，从而在高温气氛下产生内部氧化，氧化物薄膜发生膨胀。此外，这些Cr氧化物在加热和冷却的重复循环期间容易剥离，即使是在它们最终未剥离的情况下，因为其防止来自外部气氛的氧或碳侵入的功能不充分，故存在氧或碳穿过薄膜而在基体材料内产生内部氧化或渗碳的问题。为了解决该问题，提出在基体材料的表面形成以氧化铝(Al2O3)为主体的氧化物层，与通常的奥氏体系耐热合金相比，该氧化物层通过增加Al含量而具有较高的致密性并难以透过氧或碳(例如，参照日本特开昭51-78612号公报和日本特开昭57-39159号公报)。然而，因为Al是铁素体形成元素，故当其含量增大时，材料的延展性劣化，并且高温强度降低。该延展性降低的倾向特别在Al的含量超过4％时被观察到。因此，虽然可预期上述专利文献中的奥氏体系耐热合金通过Al2O3提高了阻挡性能，但存在导致基体材料的延展性降低的问题。因此，为了提供可在Al含量不超过4％时确保氧化铝阻挡层的高温稳定性、并且不降低材料的延展性、在高温气氛下发挥出色的阻挡功能的铸造产品，国际公开WO2010/113830号公报提出一种铸造产品，其中在进行内表面处理使得铸造体的表面粗糙度(Ra)为0.05-2.5μm之后，通过在氧化性气氛进行热处理，在铸造体的内表面上形成包含Al2O3的氧化铝阻挡层，具有比基体材料基质更高的Cr浓度的Cr基粒子分散在氧化铝阻挡层与铸造体之间的界面处。国际公开WO2010/113830号公报中的铸造产品由于稳定的氧化铝阻挡层的存在而在高温气氛下使用时可长期稳定地保持出色的耐氧化性、耐渗碳性、耐氮化性、耐蚀性等。本专利技术人的研究结果发现，在国际公开WO2010/113830号公报中具有出色的耐氧化性、耐渗碳性、耐氮化性、耐蚀性等的铸造产品中，如果该铸造产品被暴露于更高的高温下，那么拉伸延展性降低。因此，本专利技术的第一目标是发现高温拉伸延展性降低的因素，并提供具有出色的高温拉伸延展性的氧化铝阻挡层的奥氏体系铸造产品。此外，在通过作为通常的精加工的刮削方法进行对铸造体的内表面处理的情况下，在铸造体的表面产生划痕。该划痕部分中，由于加工应变被过度地施加并且表面粗糙度变大，故其表面性能不同于基体材料的其他部分。结果是，在随后进行的热处理步骤中，在划痕部分的最外表面上形成了Cr氧化物，并在其正下方形成块状的Al氧化物。于是，由于在划痕部分中没有形成均一的Al2O3薄膜而主要形成了Cr2O3薄膜，故在长时间暴露于约1080℃以上高温的情况下，与均一地形成了Al2O3薄膜的基体材料部分相比，由于划痕部分中不能通过氧化膜保护基体材料，故易于产生高温腐蚀。因此，为了除去该划痕，考虑进行研磨例如珩磨等，但加工成本增加，并且导致制造周期延长的结果。此外，在铸造产品为直管从而具有小直径或较大长度时，上述研磨例如珩磨等不能对整个长度进行加工，表面粗糙度较大的部分被保留。结果是，在该部分中不能形成期望的Al2O3薄膜。进一步地，具有弯曲部分的所谓U形管是通过弯曲经由加工预先进行了表面处理和热处理的直管被制造。然而，由于在弯曲直管时，在弯曲部分中产生应变等，故形成于直管表面上的氧化铝阻挡层会发生剥离。该现象特别地在弯曲部分的内侧或腹侧被显著地观察到。因此，本专利技术的第二目标是提供可在整个表面上形成均一的氧化铝阻挡层的铸造产品以及其制造方法。此外，在制造形成了氧化铝阻挡层的铸造产品并通过焊接接合获得的铸造产品时，在易受焊接时的热影响的所谓热影响部分中产生残留应力和应变。结果是，预先形成的氧化铝阻挡层可能部分剥离。因此，考虑在焊接进行了表面处理的铸造产品之后，通过进行热处理形成氧化铝阻挡层，但在该情况下，特别地，在焊接部分中，形成以Cr氧化物为主体的金属氧化物，不能形成具有充分的耐渗碳性的氧化铝阻挡层。在传统技术中，与形成了氧化铝阻挡层的铸造体相比，没有形成氧化铝阻挡层的焊接部分允许来自外部气氛的氧、碳、氮等的侵入，从而不能长时间地防止氧化、碳化、氮化等。因此，本专利技术的第三目标在于提供在焊接部分中不形成以Cr氧化物为主体的金属氧化物而在整个表面上形成氧化铝阻挡层的铸造产品以及其制造方法。
技术实现思路
为了实现上述第一目标，本专利技术的具有氧化铝阻挡层的铸造产品是在铸造体的表面上形成了包含Al2O3的氧化铝阻挡层的铸造产品，铸造体以质量百分比计包含：0.3-0.7％的C、0.1-1.5％的Si、0.1-3％的Mn、15-40％的Cr、20-55％的Ni、2-4％的Al、0.005-0.4％的稀土元素、0.5-5％的W和/或0.1-3％的Mo，作为剩余部分的25％以上的Fe以及不可避免的杂质，上述稀土元素的80％以上为La。此外，为了实现上述第二目标，根据本专利技术的用于制造表面上具有氧化铝阻挡层的铸造产品的制造方法是用于制造在高温气氛下使用的铸造产品的制造方法，其包括：进行酸处理的步骤，所述酸处理使用包含多元醇液体的酸溶液对耐热合金的铸造体的表面进行处理，所述耐热合金包含15质量％以上的Cr、20质量％以上的Ni，以及2-4质量％的Al；以及热处理步骤，通过对进行了上述酸处理的铸造体进行热处理，在表面上形成包含Al2O3的氧化铝阻挡层。此外，为了实现上述第三目标，根据本专利技术的铸造产品的制造方法是用于制造在高温气氛下使用的铸造产品的制造方法，所述铸造产品通过将包含15质量％以上Cr、20质量％以上Ni和2-4质量％的Al的耐热合金的第一铸造体与第二铸造体焊接在一起而获得，所述制造方法包括：通过焊接来接合第一铸造体与第二铸造体的步骤；对接合的焊接部分进行表面处理的步骤；以及对经表面处理的焊接部分进行热处理的步骤。进一步地，为了实现上述第三目标，本专利技术的具有氧化铝阻挡层的铸造产品是在高温气氛下使用的铸造产品，其通过焊接包含15质量％以上Cr、20质量％以上Ni和2-4质量％的Al的耐热合金的第一铸造体与第二铸造体而形成，并且在第一铸造体与第二铸造体之间的焊接部分被包含Al2O3的氧化铝阻挡层覆盖。附图说明[图1]图1为实施例2中作为专利技术例的试样No.201经酸处理后、热处理前的表面照片。[图2]图2为实施例2中作为专利技术例的试样No.202经酸处理后、热处理前的表面照片。[图3]图3为实施例2中作为专利技术例的试样No.203经酸处理后、热处理前的表面照片。[图4]图4为实施例2中作为专利技术例的试样No.204经酸处理后、热处理前的表面照片。[图5]图5为实施例2中作为专利技术例的试样No.205经酸处理后、热处理前的表面照片。[图6]图6为实施例2中作为专利技术例的试样No.206经酸处理后、热处理前的表面照片。[图7]图7为实施例2中作为专利技术例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有氧化铝阻挡层的铸造产品，其特征在于，所述铸造产品是在铸造体的表面上形成了包含Al2O3的氧化铝阻挡层的铸造产品，铸造体以质量百分比计包含：0.3‑0.7％的C、0.1‑1.5％的Si、0.1‑3％的Mn、15‑40％的Cr、20‑55％的Ni、2‑4％的Al、0.005‑0.4％的稀土元素、0.5‑5％的W和/或0.1‑3％的Mo，作为剩余部分的25％以上的Fe以及不可避免的杂质，所述稀土元素的80％以上为La。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.03.23 JP 2012-067827;2012.03.23 JP 2012-067821.一种具有氧化铝阻挡层的铸造产品，其特征在于，所述铸造产品是在铸造体的表面上形成了包含Al2O3的氧化铝阻挡层的铸造产品，铸造体以质量百分比计包含：0.3-0.7％的C、0.1-1.5％的Si、0.1-3％的Mn、15-40％的Cr、20-55％的Ni、2-4％的Al、0.005-0.4％的稀土元素、0.5-5％的W和/或0.1-3％的Mo，作为剩余部分的25％以上的Fe以及不可避免的杂质，所述稀土元素的80％以上为La。2.如权利要求1所述的铸造产品，其特征在于，所述稀土元素不包含Ce。3.如权利要求1所述的铸造产品，其特征在于，所述稀土元素中的Ce含量为0.1％以下。4.如权利要求1所述的铸造产品，其特征在于，所述铸造产品还包含选自于由0.01-0.6％的Ti、0.01-0.6％的Zr和0.1-3.0％的Nb构成的组中的至少一种。5.如权利要求1或4所述的铸造产品，其特征在于，所述铸造产品还包含超过0％且为0.1％以下的B。6.如权利要求1或4所述的铸造产品，其特征在于，所述氧化铝阻挡层的厚度为0.05-3μm。7.如权利要求1或4所述的铸造产品，其特征在于，被所述氧化铝阻挡覆盖的铸造体的表面粗糙度(Ra)为0.05-2.5μm。8.如权利要求1或4所述的铸造产品，其特征在于，所述铸造体通过离心铸造制造。9....

【专利技术属性】
技术研发人员：远城畅平，日根野实，浦丸慎一，桥本国秀，
申请(专利权)人：株式会社久保田，
类型：发明
国别省市：日本;JP