一种能提高热疲劳性能的耐热合金钢制造技术

一种能提高热疲劳性能的耐热合金钢,属于耐热钢技术领域，其特征为：C为0.2～0.4wt%，Cr为16～18wt%，Ni为18～20wt%，Mn为2～4wt%，W为2～4wt%，Mo为2～4wt%，Si为1.5～2.5wt%，N为0.1～0.4wt%，复合稀土变质剂0.3～0.8wt%，余量为Fe。在中频感应电炉中冶炼本发明专利技术耐热疲劳合金钢，其冶炼工艺与普通耐热钢相同，冶炼后浇注成铸态试样，固溶处理温度为1020－1080℃，保温2小时后进行空冷，时效温度为720－780℃，保温2.5小时，再降至650－670℃，保温1小时，空冷。热处理后取样进行20℃～800℃冷热循环热疲劳实验。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于耐热钢
，特指一种能提高热疲劳性能的耐热合金钢。
技术介绍
疲劳破坏W许多不同的形式出现，包括仅有外加应力或应变波动造成的机械疲 劳，循环载荷同高温联合作用引起的蠕变一疲劳，在存在侵蚀性化学介质或至脆介质的环 境中施加反复载荷时的腐蚀疲劳，而热疲劳是指当构件经受温度变化(热循环）时，因其自 由膨胀、收缩受到了约束而产生循环应力或循环应变，最终导致龟裂而破坏的现象。随着 工业化程度的迅速扩大，服役于高温的材料应用范围也越来越大，且变温边界向更高上限 温度和更低下限温度发展，由此造成零件和结构由交变温度造成的热疲劳破坏现象日益严 重。热作模具、热交换管子和锅炉管子、燃汽发动机的轮盘和叶片、高速列车的刹车盘和汽 车的刹车穀都是热疲劳破坏的典型例子。为了满足工业部口的需要，热疲劳研究蓬勃发展。 耐热钢用途日益广泛，主要用于制作钢铁冶炼设备、热加工及热处理设备等。但普通金属 材料及普通耐热钢材在冷热交变环境中极易产生裂纹，导致零件失效。提高材料的耐热疲 劳性能对于延长零部件使用寿命和提高设备整机运行稳定性有重要意义，本专利技术开发出一 种能提高热疲劳性能的耐热合金钢。
技术实现思路
-种能提高热疲劳性能的耐热合金钢，其特征为；C为0. 2~0. 4wt%，化为16~ 18 wt%，Ni 为 18 ~20wt%，Μη 为 2 ~4wt%，W 为 2 ~4wt%，Mo 为 2 ~4wt%，Si 为 1. 5 ~ 2. 5wt%，N为0. 1~0. 4 wt%，复合稀±变质剂0. 3~0. 8wt% (复合稀±变质剂成分为， CelO ~15wt%、LalO ~15wt%、孔7 ~9wt%、Dy 6 ~8wt%、Nd 4 ~6wt%、Ho 3 ~5wt%、 Y+Tb+Gd巧r+Tm+Lu+Sc+Pr 为 8 ~16wt%、Ti2 ~4wt%，V2 ~4wt%，W 1 ~3wt%、Bal ~3wt%、 余为铁。）余量为铁。在中频感应电炉中冶炼本专利技术耐热疲劳合金钢，其冶炼工艺与普通耐 热钢相同，冶炼后德注成铸态试样，然后进行热处理，固溶处理温度为1020 - 112(TC，保温 2小时后进行空冷，时效温度为720 - 78(TC，保温2. 5小时，再降至650 - 67(TC，保温1小 时，空冷。固溶处理所用设备为箱式电组炉，时效处理采用的是井式电组炉。热处理后取样 进行2(TC~80(TC冷热循环热疲劳实验，热疲劳试样尺寸如图1所示。热疲劳性能见表1。 采用电阻炉加热自约束热疲劳试验机进行热疲劳试验。热疲劳试样装卡在立方卡 具的四个侧面，保证每块试样的加热与冷却位置一致。通过传动装置上下垂直运动，从而 达到试样加热W及冷却的自动化完成。采用设时自控，热电偶测量并控制温度。试样在室 温2(TC至80(TC之间进行加热与冷却的循环。采用计数器进行自动计数。调整并保持炉温 80(TC，水温2(TC (流动自来水)。快速加热试样。加热、冷却一次作为一个循环，每次循环 加热时间为120s，入水冷却时间为5s，直至预定循环次数。对于研究热疲劳裂纹萌生的试 样，每循环400次，取下试样，抛光去除表面氧化膜，测量表面裂纹长度，W 0. 1mm作为裂纹 萌生长度，记下试样裂纹萌生循环次数。观察并对裂纹的萌生位置照相。对于研究热疲劳 裂纹扩展的试样，每循环200次，取下试样，抛光并观察。确定裂纹已经萌生后，每循环200 次观察裂纹并对能反映裂纹扩展路径特征的位置照相。 每个试样经过8000次至35000次冷热循环后在裂纹最密集处沿横截面剖开，测量 裂纹深度。图2、图3分别是普通耐热钢和本专利技术2号钢的裂纹表面形貌及截面形貌。从表 面形貌比较可知，普通钢耐热钢的裂纹明显较本专利技术耐热疲劳合金钢粗大，并且形成数条 贯穿表面的主裂纹。可见本专利技术耐热疲劳合金钢热疲劳性能较普通钢耐热钢优越。[000引从表1中数据和图2、图3中可W看出，在进行到18000次的时候，普通耐热钢热疲 劳裂纹在长度、宽度及深度等方面开始发展，但本专利技术2号钢尚未萌生裂纹；进行到25000 次时，普通耐热钢裂纹变得更加粗大，裂纹尖端的分枝继续择优扩展，且普通耐热钢裂纹的 缝隙内出现明显的氧化迹象；到35000次时，各个试样均出现裂纹并扩展，但本专利技术2号钢 裂纹扩展较为均衡；其附近出现一些不连续、不规则的微裂纹，主裂纹相对其他组织扩展较 慢，裂纹萌生、扩展如图2、3所示。【附图说明】 图1热疲劳试样尺寸图 图2普通钢耐热钢经过35000次冷热循环热疲劳实验后裂纹萌生、扩展图 图3本专利技术2号钢经过35000次冷热循环热疲劳实验后裂纹萌生、扩展图【具体实施方式】 实施例1 在中频感应电炉中冶炼本专利技术耐热疲劳合金钢（记为1号钢)，成分为；C为0.25~ 0. 35wt%，Cr 为 16. 5 ~17. 5 wt%，Ni 为 18. 5 ~19. 5wt%，Μη 为 2. 5 ~3. 5wt%，W 为 2. 5 ~ 3. 5wt%，Mo 为 2. 5 ~3. 5wt%，Si 为 1. 8 ~2. 2wt%，N 为 0. 2 ~0. 3wt%，复合稀±变质剂 0. 3wt%，余量为铁。冶炼后德注成铸态试样，然后进行热处理，固溶处理温度为1050 - 108(TC，保温2小时后进行空冷，时效温度为740 - 76(TC，保温2. 5小时，再降至650 - 67(TC，保温1小时，空冷。固溶处理所用设备为箱式电组炉，时效处理采用的是井式电组 炉。热处理后取样后进行2(TC~80(TC冷热循环热疲劳实验，热疲劳试样尺寸如图1所示。 热疲劳性能见表1。[000引 实施例2 在中频感应电炉中冶炼本专利技术耐热疲劳合金钢（记为2号钢)，成分为C为0. 25~ 0. 35wt%，Cr 为 16. 5 ~17. 5 wt%，Ni 为 18. 5 ~19. 5wt%，Μη 为 2. 5 ~3. 5wt%，W 为 2. 5 ~ 3. 5wt%，Mo 为 2. 5 ~3. 5wt%，Si 为 1. 8 ~2. 2wt%，N 为 0. 2 ~0. 3wt%，复合稀±变质剂 0. 6wt%，余量为铁。冶炼后德注成铸态试样，然后进行热处理，固溶处理温度为1050 - 108(TC，保温2小时后进行空冷，时效温度为740 - 76(TC，保温2. 5小时，再降至650 - 67(TC，保温1小时，空冷。固溶处理所用设备为箱式电组炉，时效处理采用的是井式电组 炉。热处理后取样后进行2(TC~80(TC冷热循环热疲劳实验，热疲劳试样尺寸如图1所示。 热疲劳性能见表1。 实施例3 在中频感应电炉中冶炼本专利技术耐热疲劳合金钢（记为3号钢)，成分为C为0.25~ 0. 35wt%，Cr 为 16. 5 ~17. 5 wt%，Ni 为 18. 5 ~19. 5wt%，Μη 为 2. 5 ~3. 5wt%，W 为 2. 5 ~ 3. 5wt%，Mo 为 2. 5 ~3. 5wt%，Si 为 1. 8 ~2. 2wt%，N 为 0. 2 ~0. 3wt%，复合稀±变质剂 0. 8wt%，余量为铁。冶炼后德注成铸态试样，然后进行热处理，固溶处理温度为1050 - 108(TC，保温2小时后进行空冷，时效本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能提高热疲劳性能的耐热合金钢，其特征为：C为0.2～0.45wt%，Cr为16～18 wt%，Ni为18～20wt%， Mn为2～4wt%，W为2～4wt%，Mo为2～4wt%， Si为1.5～2.5wt%，N为0.1～0.4 wt%，复合稀土变质剂0.3～0.8wt%，余量为铁；复合稀土变质剂成分为， Ce10～15wt％、La10～15wt％、Yb7～9wt％、Dy 6～8wt％、Nd 4～6wt％、Ho 3～5wt％、Y+Tb+Gd+Er+Tm+Lu+Sc+Pr为8～16wt%、Ti2～4wt%，V2～4wt%，W 1～3wt%、Ba1～3wt%、余为铁；在中频感应电炉中冶炼本专利技术耐热合金钢，其冶炼工艺与普通耐热钢相同，冶炼后浇注成铸态试样；然后进行热处理，固溶处理温度为1020－1120℃，保温2小时后进行空冷，时效温度为720－780℃，保温2.5小时，再降至650－670℃，保温1小时，空冷；固溶处理所用设备为箱式电组炉，时效处理采用的是井式电组炉；热处理后取样进行20℃～800℃冷热循环热疲劳实验；采用电阻炉加热自约束热疲劳试验机进行热疲劳试验，热疲劳试样装卡在立方卡具的四个侧面，保证每块试样的加热与冷却位置一致，通过传动装置上下垂直运动，从而达到试样加热以及冷却的自动化完成，采用设时自控，热电偶测量并控制温度；试样在室温20℃至800℃之间进行加热与冷却的循环，采用计数器进行自动计数，调整并保持炉温800℃，水温20℃，流动自来水，快速加热试样，加热、冷却一次作为一个循环，每次循环加热时间为120s，入水冷却时间为5s，直至预定循环次数；对于研究热疲劳裂纹萌生的试样，每循环400次，取下试样，抛光去除表面氧化膜，测量表面裂纹长度，以0.1mm作为裂纹萌生长度，记下试样裂纹萌生循环次数；观察并对裂纹的萌生位置照相；对于研究热疲劳裂纹扩展的试样，每循环200次，取下试样，抛光并观察；确定裂纹已经萌生后，每循环200次观察裂纹并对能反映裂纹扩展路径特征的位置照相。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：司松海，李晓薇，齐克尧，陆松华，
申请(专利权)人：镇江忆诺唯记忆合金有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32