本发明专利技术提供一种高温高压条件下具有优异持久性能合金的制造方法，包括如下步骤：1)原料准备；2)真空冶炼，包括：2.1)装料；2.2)熔化；2.3)精炼；2.4)浇注；3)电渣重熔；4)锻造；5)热处理；6)持久性能检测，取样，剥皮，检验，包装，入库，完成所述高温高压条件下具有优异持久性能合金的制造。所述制造方法一方面优化了合金元素的设计，再者，结合上述传统的真空脱气和脱硫技术，特别增加应用Ni‑Mg、稀土的脱硫脱气功效，另一方面优化Cr‑Ni‑Mo‑W合金的热处理工艺，成功生产出一种高温815℃、高压110MPa条件下，持久寿命高达500小时以上的高端Cr‑Ni‑Mo‑W合金钢。
A Manufacturing Method of Alloys with Excellent Durability at High Temperature and High Pressure
【技术实现步骤摘要】
一种高温高压条件下具有优异持久性能合金的制造方法
本专利技术属于建筑材料
，具体地，涉及一种高温高压条件下具有优异持久性能合金的制造方法。
技术介绍
持久强度指金属材料、机械零件和构件抗高温断裂的能力。常以持久极限表示。试样在一定温度和规定的持续时间下，引起断裂的应力称持久极限。持久寿命则指从蠕变变形开始到试样断裂的总时间。提高持久寿命及持久强度，必须抑制晶界的滑动和空位扩散，也就是说要控制晶内和晶界的扩散过程。一般从三个方面来改善合金的持久寿命和持久强度，分别是化学成分设计、冶炼工艺设计及热处理工艺设计。(1)提高合金持久性能的合金元素设计思路铬、钼、钨、铌、钴等合金元素形成单相固溶体，使层错能降低，容易形成扩展位错，其溶质原子的结合力较强，增大了扩散激活能，从而提高显著提高持久寿命和持久强度。这些元素的熔点较高，铬的熔点1857℃、钼的熔点2620℃、钨的熔点3410℃、铌的熔点2467℃、钴的熔点1495℃，特别能提高合金的高温条件下持久寿命和持久强度。合金中的弥散相(第二相析出)能强烈阻碍位错的滑移，因而是提高高温持久寿命和持久强度的另一个有效的方法。在合金中添加能增加晶界扩散激活能的元素(如硼及稀土等)，则能阻碍晶界滑动，又增大晶界裂纹的表面能，因而对提高孺变极限，特别是持久强度是很有效的。(2)提高合金持久寿命和持久强度的冶炼工艺设计降低合金中夹杂物数量和气体含量，一方面大幅提高高温晶界强度，显著减少晶界缺陷，另一方面明显提高合金抗裂纹敏感性，提高合金的持久寿命和持久强度。为此，要获得高温高压条件下优异的持久寿命和持久强度，一般采用真空冶炼手段，来降低合金的夹杂物含量和气体含量。传统的真空脱氧脱气技术是通过真空泵将反应坩埚的气压降低，在非常低的CO(g)分压下，达到降低钢水中氧位的技术。碳氧反应的表达式如下：[C]+[O]＝CO(g)热力学平衡方程：[％C]·[％O]＝1/KPCOK-平衡常数；PCO-CO的压强值。真空脱氧的基本原理：在真空的作用下，冶炼空间的真空度越高(即PCO值越低)，钢液中含氧量越低。真空促进了碳氧反应的发展，提高了碳的脱氧能力。真空脱氢的化学反应式，[H]＝1/2H2(g)，热力学平衡方程：[H]＝1/K(PH2)1/2真空脱氢的基本原理：在真空的作用下，冶炼空间的真空度越高(即PH2值越低)，[H]值就越小，钢液中含氢量越低。真空促进了脱氢反应的发展，降低了钢水氢含量。真空脱氮的化学反应式，[N]＝1/2N2(g)，热力学平衡方程：[N]＝1/K(PN2)1/2真空脱氮的基本原理：在真空的作用下，冶炼空间的真空度越高(即PN2值越低)，[N]值就越小，钢液中含氮量越低。真空促进了脱氮反应的发展，降低了钢水氮含量。真空脱氧、脱氢、脱氮本质上是扩散脱氧、扩散脱氢和扩散脱氮的单一方法，其在钢铁冶炼的降低钢水氧含量、氢含量和氮含量有较好的效果，但仍然无法满足高端耐蚀合金对钢水含氧量、含氢量和含氮量的要求。一般在真空度66.7Pa(0.5mmHg),其脱氧极限度只能达到35-45ppm、脱氢极限度只能达到5-6ppm、脱氮极限度只能达到25-35ppm。传统的真空冶炼脱硫技术是应用脱氧剂Si-Fe、Si-Ca、Al粉(块)和C粉，通过如下化学反应将钢水中[S]去除。真空冶炼采用上述传统方法能够做到钢水S含量0.010-0.015％的水平。但在生产高温高压条件下较高持久寿命的合金时，要求S含量进一步降低至小于0.003％的水平。(3)提高合金持久寿命和持久强度热处理工艺的设计Cr-Ni-Mo-W合金一般进行固溶强化处理，使之得到最合适的晶粒度，最终获得较高的持久寿命和持久强度。采用上述真空技术生产的Cr-Ni-Mo-W合金，在高温815℃、高压110MPa条件下，持久寿命仅仅能够达到24小时，与本专利技术同等条件下持久寿命高达500小时相比，差距明显。
技术实现思路
为解决上述存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种高温高压条件下具有优异持久性能合金的制造方法，所述制造方法一方面优化了合金元素的设计，再者，结合上述传统的真空脱气和脱硫技术，特别增加应用Ni-Mg、稀土的脱硫脱气功效，另一方面优化Cr-Ni-Mo-W合金的热处理工艺，成功生产出一种高温815℃、高压110MPa条件下，持久寿命高达500小时以上的高端Cr-Ni-Mo-W合金钢。成功应用于工业和航空汽轮机的燃烧室、整流器和结构盖，工业炉部件、支撑辊、栅板、丝带和辐射管，石油化学炉中的螺旋管，高温气体冷却核反应堆。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是：一种高温高压条件下具有优异持久性能合金的制造方法，所述制造方法包括如下步骤：1)原料准备原料包括：纯铁、金川镍、低碳铬铁、金属铬、金属钴、钼铁和钼条；原料选择低磷低碳级、无油污无水分的原料；2)真空冶炼2.1)装料将原料装入坩埚中；2.2)熔化装料完毕后，抽真空，当真空室压强达到0.03mbar时，送电加热，熔化时间大于120分钟，熔清后取样全分析；2.3)精炼精炼温度1530～1560℃，进一步提高真空度至0.013mba，精炼时间大于35分钟，精炼期造渣次数5-7次，取样全分析；加入金属硅、金属锰、纯钛和纯铝，以250-300KW功率搅拌5-7min；出钢前4-6min加入脱氧剂、Ni-Mg合金和混合稀土进一步脱氧脱硫，Ni-Mg合金的加入量控制在钢水量的2～4wt％，混合稀土加入量控制在钢水量的1.5～2.5wt％；所述脱氧剂用量为为钢水重量的0.25-0.45wt％；所述混合稀土铼铈稀土，其中铼占比60-70wt％，铈占比30-40wt％；2.4)浇注出钢前以250-300KW功率搅拌2-4分钟，出钢温度控制在1550～1580℃，浇注锭型Φ220；3)电渣重熔电渣渣系：采用低熔点流动性好的四元渣CaF2:Al2O3:MgO:CaO＝70:20:5:5；电压60～65V，电流8000～8500A；4)锻造锻造设备采用液压空气锤或快锻液压机；锻压比要求：8-10；均热温度：1140-1160℃，升温速度≤120℃/小时，均热时间：4-6小时，开锻温度至少1130-1150℃，终锻温度≥900℃，为了保证锻压比，墩粗次数至少2-3次；5)热处理热处理均热温度1100-1120℃，均热时间1-2分钟/毫米，热处理后快速水冷；6)持久性能检测，取样，剥皮，检验，包装，入库，完成所述高温高压条件下具有优异持久性能合金的制造。进一步地，所制得的高温高压条件下具有优异持久性能合金由如下重量百分比的组分组成：C：0.05～0.07wt％，0＜Si≤0.15wt％，0＜Mn≤0.15wt％，0＜S≤0.003wt％，Cr：21.5～23wt％，Mo：9～10wt％，0＜Cu≤0.3wt％，Fe：17～18wt％，Al：0.10～0.12wt％，Ti：0.2～0.25wt％，Co：1.5～2.5wt％，W：0.5～1.0wt％，Ce：0.01～0.03wt％，Mg：0.01～0.03wt％，余量为Ni。进一步地，所制得的高温高压条件下具有优异持久性能合金中Ti/Al比为1.5-2.5。进一步地，步骤2.3)中，脱氧剂包括硅钙粉、铝粉、石灰和萤石；所述脱氧剂、Ni-Mg合金和混本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高温高压条件下具有优异持久性能合金的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括如下步骤：1)原料准备原料包括：纯铁、金川镍、低碳铬铁、金属铬、金属钴、钼铁和钼条；原料选择低磷低碳级、无油污无水分的原料；2)真空冶炼2.1)装料将原料装入坩埚中；2.2)熔化装料完毕后，抽真空，当真空室压强达到0.03mbar时，送电加热，熔化时间大于120分钟，熔清后取样全分析；2.3)精炼精炼温度1530~1560℃，进一步提高真空度至0.013mba，精炼时间大于35分钟，精炼期造渣次数5‑7次，取样全分析；加入金属硅、金属锰、纯钛和纯铝，以250‑300KW功率搅拌5‑7min；出钢前4‑6min加入脱氧剂、Ni‑Mg合金和混合稀土进一步脱氧脱硫，Ni‑Mg合金的加入量控制在钢水量的2~4wt%，混合稀土加入量控制在钢水量的1.5~2.5wt%；所述脱氧剂用量为为钢水重量的0.25‑0.45wt%；所述混合稀土铼铈稀土，其中铼占比60‑70wt%，铈占比30‑40wt%；2.4)浇注出钢前以250‑300KW 功率搅拌2‑4分钟，出钢温度控制在1550~1580℃，浇注锭型Φ220；3)电渣重熔电渣渣系：采用低熔点流动性好的四元渣CaF2:Al2O3:MgO:CaO=70:20:5:5；电压60~65V，电流8000~8500A；4)锻造锻造设备采用液压空气锤或快锻液压机；锻压比要求：8‑10；均热温度：1140‑1160℃，升温速度≤120℃/小时，均热时间：4‑6小时，开锻温度至少1130‑1150℃，终锻温度≥900℃，为了保证锻压比，墩粗次数至少2‑3次；5)热处理热处理均热温度1100‑1120℃，均热时间1‑2分钟/毫米，热处理后快速水冷；6)持久性能检测，取样，剥皮，检验，包装，入库，完成所述高温高压条件下具有优异持久性能合金的制造。...
【技术特征摘要】
1.一种高温高压条件下具有优异持久性能合金的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括如下步骤：1)原料准备原料包括：纯铁、金川镍、低碳铬铁、金属铬、金属钴、钼铁和钼条；原料选择低磷低碳级、无油污无水分的原料；2)真空冶炼2.1)装料将原料装入坩埚中；2.2)熔化装料完毕后，抽真空，当真空室压强达到0.03mbar时，送电加热，熔化时间大于120分钟，熔清后取样全分析；2.3)精炼精炼温度1530~1560℃，进一步提高真空度至0.013mba，精炼时间大于35分钟，精炼期造渣次数5-7次，取样全分析；加入金属硅、金属锰、纯钛和纯铝，以250-300KW功率搅拌5-7min；出钢前4-6min加入脱氧剂、Ni-Mg合金和混合稀土进一步脱氧脱硫，Ni-Mg合金的加入量控制在钢水量的2~4wt%，混合稀土加入量控制在钢水量的1.5~2.5wt%；所述脱氧剂用量为为钢水重量的0.25-0.45wt%；所述混合稀土铼铈稀土，其中铼占比60-70wt%，铈占比30-40wt%；2.4)浇注出钢前以250-300KW功率搅拌2-4分钟，出钢温度控制在1550~1580℃，浇注锭型Φ220；3)电渣重熔电渣渣系：采用低熔点流动性好的四元渣CaF2:Al2O3:MgO:CaO=70:20:5:5；电压60~65V，电流8000~8500A；4)锻造锻造设备采用液压空气锤或快锻液压机；锻压比要求：8-10；均热温度：1140-1160℃，升温速度≤120℃/小时，均热时间：4-6小时，开锻温度至少1130-1150℃，终锻温度≥900℃，为了保证锻压比，墩粗次数至少2-3次；5)热处理热处理均热温度1100-1120℃，均热时间1-2分钟/毫米，热处理后快速水冷；6)持久性能检测，取样，剥皮，检验，包装，入库，完成所述高温高压条件下具有优异持久性能合金的制造。2.根据权利要求1所述的高温高压条件下具有优异持久性能合金的制造方法，其特征在于，所制得的高温高压条件下具有优异持久性能合金由如下重量百分比的组分组成：C：0.05~0.07wt%，0＜Si≤0.15wt%，0＜Mn≤0.15wt%，0＜S≤0.003wt%，Cr：21.5~23wt%，Mo：9~10wt%，0＜Cu≤0.3wt%，Fe：17~18wt%，Al：0.10~0.12wt%，Ti：0.2~0.25wt%，Co：1.5~2.5wt%，W：0.5~1.0wt%，Ce：0.01~0.03wt%，Mg：0.01~0.03wt%，余量为Ni。...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈刚，楼伟康，廖代金，武凯，
申请(专利权)人：江苏汉青特种合金有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32
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