机械合金化的镍、钴、铬、铁组合物制造技术

一种用机械配制合金的物质组合物或合金含有３０—４０％的铬，５—２５％的钴，０．５—１０％的铁，０．２—０．６％的铝，０．３—１．２％的钛，直至０．１５％的碳，大约０．２—１％的氧化钇，直至大约０．３％的氮，钛的百分比至少为氮的百分比的１．４倍，少量的任意元素，余量主要为镍。该合金可用于热强度以及耐氧化、硫化和热腐蚀介质性能要求很高的地方。本发明专利技术合金设想的具体用途是在操作熔融玻璃时用于与熔融玻璃相接触的器具，如玻璃纤维拉丝机头。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于高温的合金，更加具体地说，是一种在超过1，090温度时能抵抗氧化和硫化腐蚀的合金，特别是在有大气氧的环境中与熔融的玻璃或硅酸盐渣相接触时。本专利技术还涉及制造玻璃的工具，特别是用本专利技术合金制成的玻璃纤维拉丝机头。一般说来，在1090℃温度以上具有有效强度的金属材料日渐需要。在通常的用途中，在这样的温度下操作的金属材料往往在接触熔融的渣类物质(例如熔融的硅酸盐渣和熔融的玻璃)时遭受到有害的氧化和硫化腐蚀的作用。为了实用起见，在这样的温度下操作的金属材料必须是可以热加工的，以便在经济上提供可被应用的成形物件。本专利技术的一个目的就是提供上述的一种金属材料。本专利技术的又一个目的是提供用这种新颖合金制成的玻璃处理和加工设备。本专利技术再一个目的是提供一种操作或盛装熔融渣类物料(如玻璃)的新颖方法或操作过程，其所用的工具至少在接触到玻璃的部份用本专利技术的新颖金属材料或合金制成。本专利技术设想了一种新颖的物质组合物或合金，这种合金用于与熔融玻璃相接触，玻璃成型或物品加工，所使用的工具至少一部份是由这种合金制成的，这种合金根据其重量的百分比(除非另外规定)含有大约30-40%的铬，大约5-25%的钴，大约为0.5-10%铁，更具体地大约为1-10%铁)和更加有利的大约为3-10%的铁，大约0.2-0.6%的铝，大约0.3-1.2%的钛，直至大约0.10%或0.15%的碳，大约0.2-1%的氧化钇，它以含氧化钇的氧化相形式存在，例如氧化钇或一种氧化钇-氧化铝化合物，直至大约0.3%的氮，(其中至少约有40%的氮主要以TiN或一种复合钛-氮化合物存在为条件的)，其余主要为镍，该合金是通过对粉末状的组分或预先掺杂好的粉末组分进行机械配制合金而制成的。在机械配制合金之后，对这种合金粉末进行压实、烧结和加工，例如通过挤压和轧制基本上具有100%的理论密度。在此之后，为了获得最好的高温性能，这种热加加工后的合金在大约1316℃的温度下经过半个小时或更长时间的热处理会使其晶粒粗化。本专利技术合金的含碳量最好不超过0.05%或0.08%。在用机械配制合金的本专利技术组合物中，碳是以碳化物的形式存在的，具体是M23C6型的碳化物。这些碳化物的数量应当减至最少量，虽然，实际上M23C6(例如Cr23C6)碳化物的最少数量相当于大约0.01%的碳是有利的。如前所述，氮主要以钛-氮化合物存在于本专利技术的合金中。存在于这合金中钛的重量百分比最好至少是氮重量百分比的大约3.5倍以保证TiN的形成。钛含量少许超过化学计算上相当于TiN中钛的数量对提高该合金的延展性是有利的。因此，在实际合金的配方中，钛的重量百分比大约四倍于氮的重量百分比是有利的。然而，如本文中实施例所表示的，在实际和有利的合金中，其Ti/C的重量比可以低至约1.5。氧，除了存在于Y2O3中之外，还不可避免地存在于本专利技术的合金中。为了获得最好的延展性和热加工性，过量的氧和氧化钇两者(还包括氧化钇-氧化铝相)不能超过如分析出来的相当于大约0.4%氧的总量。然而，也发现过在一种合金中分析出的氧的总量高达大约0.5%而仍具有很好的热加工性，只要在同时氮的含量低于大约0.2%。换一种说法，如果氧加氮的总的重量百分比低于大约0.7%，则一般仍能保持良好的热加工性。根据镍基高温合金的经验，锆和铪在这类合金中是有用的，但是对于强化本专利技术的合金却并不特别有用。特别是大约0.4-0.6%的铪会引起一种氧化相的形成，它被鉴定为Y2(Hf，Zr)2O7这种氧化相虽然会降低高温拉伸的延伸率，但似乎会改变氧化钇和氧化钇-氧化铝相的强化作用。这个相只有当合金中锆的含量超过0.05%，在没有铪存在的情况下才能由锆形成。因此，为了获得强度和延展性最好的综合效果，本专利技术的合金中不含铪而只含有直至大约0.05%的锆。经注意到当没有锆存在的情况下，所形成的M23C6相似乎正相当于紧接在凝固和挤压成棒形轧材时所存在的碳的数量。在锆存在的情况下，即便其数量低至0.04%，在挤压出的棒材上所测出的碳化相的数量大大地低于可以形成M23C6的数量。因此，在本专利技术的合金中避免锆的存在可能有利的，从而在长时期处于高温下，可以避免铬的迁移至碳化相。尽量减少铬的迁移可以提高抗氧化的性能，特别是耐硫化腐蚀的性能。在另外一方面，从熔融玻璃腐蚀的观点出发，锆和铪分别在0.01至0.4%和0.01至1.0%的范围内还是有益的。本专利技术合金的高温强度和耐氧化/硫化的性能，在合金接触熔融渣或玻璃时更为明显，这是通过综合控制的热机械处理所形成的弥散强化和一种粗而伸长的组织而获得的。为了发展这种有利的粗晶组织需要高温重结晶，如在1316℃加热1小时。在晶粒粗化处理之前，合金具有极好的可成型性，因此，使其十分适合于需要热成形，旋压、轧制等的用途。表Ⅰ列出了本专利技术合金实施例的分析成份(重量%)。表Ⅰ 表Ⅰ中所列的合金实施例是用在美国专利第3，591，362号，第3776704号，第4，386，976号，第4，668，312号以及许多技术出版物中公布的标准机械配制合金和凝固技术制成的。凝固的合金然后在大约1010℃和1121℃之间的温度，用4.8至6.4范围内的挤压比率以及8.6厘米/秒(高)和3.0厘米/秒(低)的活塞速度形成2.5×5.1厘米长方形截面的挤压棒材。合金实施例的各种试样然后在1010℃至1121℃范围之内用各种不同温度进行纵向或横向(按照挤压棒材的轴)的热轧以形成大约1.3厘米厚的板片。在轧制完成之后，试样在大约1316℃(例如1280至1330℃)温度下至少热处理1/2小时，最好是一个小时或更长的时间以导致在合金中形成一种粗晶组织。具体地说，在轧制之后，实施例1和2在1316℃时热处理一至二小时，实施例3至8在1316℃时热处理一小时，以引起晶粒粗化。拉伸试样是以这样的方式从这种轧制和热处理过的板片上切取的，即当轧制的方向是纵向的(相对于挤压)拉伸试验的方向或者是纵向或者横向相对于轧制方向，而当轧制是横向于挤压的方向(横轧)则拉伸试验是以轧制或者挤压的方向的。对轧制状态和晶粒粗化状态的试样所做的拉伸试验的结果表示在表Ⅱ和Ⅲ中，并附带有挤压和轧制的条件。表Ⅱ包含本专利技术最优秀的合金在大约954℃测得的以实施例1，2，3和8作为拉伸性能代表的拉伸数据。表Ⅱ ＊L＝低H＝高表Ⅱ中所列的954℃拉伸性能的合金是最优秀的，这主要因为，在最好的挤压和轧制条件下，它们能呈现出至少为40%的拉伸延伸率，表示晶粒粗化后具有良好的热加工性能。即使在最坏的情况下，如实施例1，2，3和8，当在954℃测试时在最不利的试验方向所显示的拉伸延伸率也至少大约为30%，表示了相当不错的热加工性能。本专利技术合金中的实施例1，2，3和8与表Ⅰ中所示的所有的其他实施例一样，在高温下(特别是在有熔融玻璃的情况下具有优秀的耐硫化腐蚀的性能以及非常好的抗氧化性能。表Ⅰ中所列的所有实施例在酸性渣介质中也具有显著的耐腐蚀性能，这种耐腐蚀的性能显示了能适合于要求高温强度和耐熔融玻璃或熔融渣腐蚀的各种用途。这类用途包括过热器的管道和屏蔽装置，除烟垢器零件，锅炉的挡溅板和隔板，发电站区域内的分离设备，热化学处理和废料(如废的纸浆液)的热解，以及玻璃操作和加工的工具、设备等等。由实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用机械配制合金的物质组合物，其特征在于其重量百分比主要为３０－４０％的铬，５－２５％的钴，０．５－１０％的铁，０．２－０．６％的铝，０．３－１．２％的钛，直至０．１５％的碳，０．２－１％含氧化钇的氧化相中的氧化钇，直至０．７％包括氧化钇中的氧的氧，直至０．３％的氮，其条件是所述钛的重量至少为氮重量的１．５倍，直至０．４％的锆，直至１％的铪，直至１％的硅，直至２％的锰，直至０．０５％的硼，直至１％的铌，直至１％的钽，直至１％的钼，直至１％的钨，直至１％的铼，直至１％的钇和镧化物的总量，其条件是铪，硅，锰，硼，铌，钽，钼，钨，铼，钇和镧化物的总量不超过１０％，余量主要是镍。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：小罗纳德梅森黑伯利，约翰赫伯特韦伯，盖洛德达雷尔史密夫，罗奈多李费希，戴维约翰高尔，杰伊威廉欣泽，
申请(专利权)人：英科合金国际有限公司，欧文斯科宁纤维玻璃公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]