一种耐腐蚀性能优异且耐高温性能好的优质合金制造技术

本发明专利技术提供了一种镍‑铁基优质耐高温合金材料，属于高温合金材料的制备技术领域。本发明专利技术的高温合金材料，按重量百分比计，所述材料包括以下元素组成：C 0.08～0.10％、Cr 11.35～11.65％、Mn0.85～0.95％、Mo 2.85～3.85％、Al 1.55～2.45％、Nb 0.80～1.20％、Zr0.15～0.25％、Ni 15.0～19.0％、以及余量为Fe和不可避免的杂质。上述合金材料具备优异的耐腐蚀性能和耐高温性能，其力学性能大大增强，高温持久性能可长达115小时以上，并可很好耐受强酸、强碱以及盐等化学介质的腐蚀，使用范围较广。

【技术实现步骤摘要】
一种耐腐蚀性能优异且耐高温性能好的优质合金
本专利技术属于高温合金制备
，具体涉及一种耐腐蚀性能优异且耐高温性能好的优质合金。
技术介绍
高温合金材料是指在760-1500℃以上及一定应力条件下进行长期工作的高温金属材料，根据温度条件的不同，高温合金材料可分为三类：760℃高温材料、1200℃高温材料和1500℃高温材料，其抗拉强度可达800MPa。高温合金材料具有优异的高温强度，良好的抗氧化和抗热腐蚀性能，良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能，主要用于制造航空、舰艇和工业用燃气轮机的涡轮叶片、导向叶片、涡轮盘、高压压气机盘和燃烧室等高温部件，还用于制造航天飞行器、火箭发动机、核反应堆、石油化工设备以及煤的转化等能源转换装置。目前我国采用的高温合金材料主要是760℃高温材料，1200℃高温材料和1500℃高温材料目前在中国基本没有使用。该类高温材料在使用过程中，室温下的抗拉强度可达到700N/mm2，屈服强度达到640N/mm2，伸长率大于3％；高温(705±3℃)下的抗拉强度略大于650N/mm2，屈服强度大于550N/mm2，伸长率大于3.5％，具有一定的经济效益和社会效益。然而目前我国对军民用设备如燃气涡轮发动机、火箭发动机等设备的使用要求越来越高，发动机叶片的使用温度时常达到980℃，因而对高温合金材料的力学性能提出了更高的要求，上述抗拉强度、屈服强度及伸长率等指标已不能很好满足科技的快速发展需求，迫切需要提供具有更高力学性能的合金材料产品。另一方面，由于目前制备的高温合金材料的强度较低，制备工艺单一，其耐化学介质腐蚀的效果较差，无法将高温材料的耐腐蚀性能进行提升，而研发高温耐腐蚀的合金材料对于发展航空、航天工业起着重要的作用，因此如何提高高温合金材料的耐腐蚀性能也成为目前人们迫切渴望解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了解决上述技术问题，而提供一种可满足涡轮发动机或航天发动机等设备使用的优质耐高温合金材料，该高温材料能够具备优异的力学性能和高温持久性能，更为重要的是，该合金材料的耐化学介质腐蚀的性能得到大大增强。本专利技术的目的之一是提供一种耐腐蚀性能优异的镍-铁基优质耐高温合金材料，按重量百分比计，所述合金材料包括以下元素组成：C0.08～0.10％、Cr11.35～11.65％、Mn0.85～0.95％、Mo2.85～3.85％、Al1.55～2.45％、Nb0.80～1.20％、Zr0.15～0.25％、Ni15.0～19.0％、以及余量为Fe和不可避免的杂质。本专利技术提供的耐高温材料具有上述元素组成，其是一种镍-铁基高温合金。以往的高温合金为了保证其耐高温性能和力学性能，往往选择添加多种元素进行力学性能的增强，常添加的元素有Co、Ti和B等，然而这类合金材料的力学性能在室温下的抗拉强度仅能达到700N/mm2，屈服强度仅为640N/mm2，伸长率略大于3％，其力学效果难以达到在苛刻条件下的使用标准。本专利技术从元素组成上进行了诸多调整，选择C元素含量为0.08～0.10％范围，并添加一定含量的Cr、Mn和Mo进行复配，在保证上述元素含量的基础上，最后采用Nb和Zr替代常用的Co、Ti和B等元素，在上述含量范围内制备成优质耐高温合金，大大提高了合金材料的力学性能，在室温下的抗拉强度可达到1020N/mm2，屈服强度可达到850N/mm2，伸长率大于5％；高温下的拉伸性能为：抗拉强度≥620N/mm2，屈服强度≥380N/mm2，伸长率大于5％；且其高温持久性能也获得了很好地提升，在应力240MPa、温度980℃下，持久断裂时间≥115小时。本专利技术很好解决了现有的高温合金材料力学性能无法满足苛刻条件的工作要求。另一方面，针对现有的高温材料的耐化学介质腐蚀性能较差，本专利技术提供的上述优质高温合金材料，其中各元素的组成中，铬、铝、铌和锆的组合能够在合金中形成多层致密的氧化物保护膜结构，从而使得高温合金具备优良的耐腐蚀性能，该合金材料的耐酸腐蚀和耐碱腐蚀性能均得到大大增强，发生化学介质熔融的程度显著降低。作为本专利技术一个优选的技术方案，按重量百分比计，所述合金材料包括以下元素组成：C0.085～0.095％、Cr11.45～11.55％、Mn0.88～0.92％、Mo2.95～3.45％、Al1.75～2.15％、Nb0.95～1.15％、Zr0.18～0.24％、Ni16.0～18.0％、以及余量为Fe和不可避免的杂质。作为本专利技术另一个优选的技术方案，按重量百分比计，所述合金材料包括以下元素组成：C0.090％、Cr11.50％、Mn0.90％、Mo3.20％、Al1.95％、Nb1.05％、Zr0.22％、Ni17.0％、以及余量为Fe和不可避免的杂质。本专利技术所提供的镍-铁基优质耐高温合金材料具备很好的力学性能，同时其耐化学介质腐蚀性能也得到了显著提高，在上述提供的技术方案下，本专利技术的优质合金材料中不可避免的杂质包括：P≤0.015％、S≤0.010％、Si≤0.04％、Cu≤0.06％。本专利技术提供的优质耐高温合金材料，其杂质含量也得到了一定程度的降低，现有的高温合金材料中杂质的含量一般为：P≤0.025％、S≤0.015％、Mn≤0.15％、Si≤0.60％、Cu≤0.10％。本专利技术的目的之二是提供上述镍-铁基优质耐高温合金材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：(1)按各元素比例称量原料，将原料加入熔炼炉中进行初炼，初炼温度为1550～1580℃，于熔炼过程中加入石灰造渣，待原料熔清后进行除渣，得到钢液，将钢液浇注成自耗电极；(2)将步骤(1)浇注得到的自耗电极进行重熔精炼，重熔成电渣锭；(3)将步骤(2)所得电渣锭锻造后进行固溶热处理，然后制成所需棒材或型材；(4)将步骤(3)所得棒材或型材进行退火热处理，然后冷却至室温，即得所需合金材料。本专利技术的制备方法采用预先在熔炼钢液的过程中加入石灰造渣后再进行自耗电极的制备和重熔精炼，起到了很好的去除杂质的效果，能够更好地保证后续的锻造及热处理工艺，由于前期的除杂过程，再结合后期的锻造热处理工艺，很好地提高了合金材料的耐高温力学性能，另一方面，还使得所得合金材料的耐腐蚀性能大大提高。进一步的，步骤(1)中所述石灰的用量为所述原料重量的3.2～3.8％。添加合适量的石灰进行造渣，一方面能够更好地控制熔炼过程，另一方面能够更精确地控制杂质含量，确保后续工艺的进行。进一步的，步骤(2)中进行重熔精炼时，控制电极的熔融速度为3.2～4.0kg/min。电极的熔融速度对杂质的含量有一定影响，更为重要的是，在进行重熔和冷凝成电渣锭的过程中，材料的耐腐蚀性能能够得到更好地提升。进一步的，步骤(2)中重熔精炼采用的重熔渣系组成为：CaF2:58％、Al2O3:22％、MgO:4％、SiO2:7％、B2O3:9％。采用该电渣重熔渣系，对去除钢液中的杂质能够起到很好的效果。进一步的，步骤(3)中进行固溶热处理的操作为：将电渣锭加热至1230～1250℃，保温1.5～2小时。进一步的，步骤(4)中进行退火热处理的操作为：将棒材或型材先冷却至室温，然后再加热至670～700℃，保温2～3小时。采用上述热处理工艺，能够很好保证制备得到的合金材料的力学性能，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐腐蚀性能优异的镍‑铁基优质耐高温合金材料，其特征在于，按重量百分比计，所述合金材料包括以下元素组成：C 0.08～0.10％、Cr 11.35～11.65％、Mn 0.85～0.95％、Mo 2.85～3.85％、Al 1.55～2.45％、Nb 0.80～1.20％、Zr 0.15～0.25％、Ni 15.0～19.0％、以及余量为Fe和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种耐腐蚀性能优异的镍-铁基优质耐高温合金材料，其特征在于，按重量百分比计，所述合金材料包括以下元素组成：C0.08～0.10％、Cr11.35～11.65％、Mn0.85～0.95％、Mo2.85～3.85％、Al1.55～2.45％、Nb0.80～1.20％、Zr0.15～0.25％、Ni15.0～19.0％、以及余量为Fe和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的耐腐蚀性能优异的镍-铁基优质耐高温合金材料，其特征在于，按重量百分比计，所述合金材料包括以下元素组成：C0.085～0.095％、Cr11.45～11.55％、Mn0.88～0.92％、Mo2.95～3.45％、Al1.75～2.15％、Nb0.95～1.15％、Zr0.18～0.24％、Ni16.0～18.0％、以及余量为Fe和不可避免的杂质。3.根据权利要求2所述的耐腐蚀性能优异的镍-铁基优质耐高温合金材料，其特征在于，按重量百分比计，所述合金材料包括以下元素组成：C0.090％、Cr11.50％、Mn0.90％、Mo3.20％、Al1.95％、Nb1.05％、Zr0.22％、Ni17.0％、以及余量为Fe和不可避免的杂质。4.根据权利要求1-3任一项所述的镍-铁基优质耐高温合金材料，其特征在于，所述不可避免的杂质包括：P≤0.015％、S≤0.010％、Si≤0.04％、Cu≤0.06％。5.一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建，雷德江，张华国，粟硕，周江波，付洋，韦家向，
申请(专利权)人：四川六合锻造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51