具有耐高温性的钴基合金、用于生产矿物纤维的包含该合金的旋转器以及使用该旋转器生产矿物纤维的方法技术

本发明专利技术涉及一种金属合金，其特征在于，以合金总重量的重量百分比计，其包含1‑4％的铌(Nb)、0‑0.5％的铪(Hf)、27‑29％的铬、1‑5％的镍(Ni)、0.3‑0.45％的碳(C)、0‑2％的钽(Ta)、0‑2％的钛、1‑3％的铁、低于0.5％的锰(Mn)、低于0.3％的硅(Si)、低于0.2％的锆(Zr)，其余为钴(Co)和不可避免的杂质。这种金属合金在高温下具有优异的机械强度特性，使得其适用于制造用于生产例如玻璃纤维、岩石纤维之类矿物纤维的制品，特别是旋转器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有耐高温性的钴基合金、用于生产矿物纤维的包含该合金的旋转器以及使用该旋转器生产矿物纤维的方法
从更一般的方面而言，本专利技术涉及一种在非常高的温度下具有高机械强度的新型金属合金。具体而言，本专利技术涉及一种钴基合金，其在高温下具有高机械强度，这使得其适用于生产矿物纤维，特别是诸如玻璃纤维、岩石纤维之类。本专利技术还涉及一种制品，特别是诸如适用于矿物纤维生产的旋转器，以及生产该制品的方法。本专利技术还涉及一种使用所述旋转器生产诸如特别是玻璃纤维、岩石纤维之类的矿物纤维的方法。
技术介绍
众所周知，如玻璃纤维、岩石纤维之类的矿物纤维的生产通常是通过内部离心法来进行的，该方法包括将矿物材料熔体(例如熔融玻璃)倒入转子中，该转子被称为在高速旋转下运行的“旋转器”，该旋转器设有外围带(或盘)，该外围带设有多个小孔。由于离心力的作用，熔体被喷射到穿孔的外围带上，熔融矿物材料的初级丝从该外围带上穿过孔喷射出，所述初级丝又由于围绕盘的环形燃烧器提供的高温气体的作用而被拉伸形成细纤维。由于旋转器在极其苛刻的条件下运行，特别是高离心力和高达或甚至超过1200℃的高温，因此旋转器承受很大的热应力，例如在过程启动和停止过程中的热冲击；很大的机械应力(高离心力和矿物材料流的侵蚀)；以及由于熔融材料的氧化和腐蚀以及从旋转器周围的燃烧器排出的高温气体引起的很大的化学应力。这种应力的影响导致旋转器逐渐退化，这种退化可能以各种形式发生，例如垂直壁的热蠕变变形、裂缝的形成和/或孔区域中的侵蚀引起的磨损等，最终导致损坏部件的更换。因此，形成上述旋转器的材料有必要在高温下具有高机械强度特性以及耐腐蚀和抗氧化特性。在该方面，已知在高温下具有高机械强度，并可用于制造用于生产玻璃纤维的旋转器的各种钴基金属合金。例如，美国专利第6,068,814号描述了一种在高温下具有高机械强度的金属合金，其包含40-50％的钴、9-12％的铬、9-12％的镍、6-12％的钨、2.8-4.8％的铌、0.1-0.3％的锆、0.6-1％的碳、0.1-0.3％的硅、0.1-0.3％的锰、0.1-0.3％的钛、0.1-0.8％的钒，其余为对机械性能没有明显影响的杂质。申请第WO2009/071847号描述了一种合金，其包含23-34％的铬、0.2-5％的钛、0.5-7％的二钽、0.2-1.2％的碳、低于5％的镍、低于3％的铁、低于1％的硅和低于0.5％的锰。这种合金的特征特别在于与现有合金相比镍含量低得多，据说这使得材料具有改善的机械强度，因此增加了使用这种材料制造的旋转器的使用寿命。尽管迄今取得了进步，但仍需要对高温的耐受性越来越强的、基于矿物纤维的产品，以满足市场需求。这需要使用矿物组合物，特别是可以在更高温度下转化成纤维的玻璃组合物，因此，与常规的镍和/或钴基合金相比，用于该目的的旋转器也必须在更高温度下具有高机械强度。因此，本专利技术的主要目的是提供一种新型金属合金，其适用于生产用于生产矿物纤维如玻璃纤维和岩石纤维的旋转器，并且其在高温下具有改善的机械强度和耐腐蚀性，以满足上述要求。本专利技术的另一个目的是提供一种制品，例如特别是用于制造矿物纤维的旋转器，其在高温下具有改善的机械强度和耐腐蚀性。
技术实现思路
这些结果主要是通过金属合金实现的，该金属合金特征在于以合金总重量的重量百分比计包含以下元素：铌(Nb)：1-4％铪(Hf)：0-0.5％铬(Cr)：27-29％镍(Ni)：1-5％碳(C)：0.3-0.45％钽(Ta)：0-2％钛(Ti)：0-2％铁(Fe)：1-3％锰(Mn)：低于0.5％硅(Si)：低于0.3％锆(Zr)：低于0.2％其余为钴(Co)和不可避免的杂质。根据本专利技术的实施方案，金属合金包含Hf，并且Nb+Hf的含量之和占合金总重量的1-4wt％。根据本专利技术的另一实施方案，金属合金包含Ta，并且Nb+Ta的含量之和占合金总重量的1-4wt％。根据本专利技术的优选实施方案，金属合金以合金总重量的重量百分比计包含以下元素：铌(Nb)：3.5％铬(Cr)：28％镍(Ni)：1.5％碳(C)：0.4％钽(Ta)：0.5％钛(Ti)：1.4％铁(Fe)：2％锰(Mn)：低于0.3％硅(Si)：低于0.3％锆(Zr)：低于0.2％其余为钴(Co)和不可避免的杂质。此外，上述目的通过一种用于生产包含上述合金的矿物纤维的制品，例如特别是旋转器来实现。根据本专利技术，该制品可以通过包括以下步骤的方法生产：-在真空下或在至少部分改性的气氛中熔融构成前述合金的元素的混合物，以获得熔体，并将所述熔体冷却至允许形成晶粒的温度，-将所述熔体浇铸到模具中，获得粗糙制品，-在第一温度和第一时间段对所述粗糙制品进行第一热处理，以使碳化物溶解，然后在低于所述第一温度的第二温度和第二时间段进行第二热处理，以使碳化物沉淀，-将经受所述热处理的粗糙制品冷却至室温，获得所述制品，特别是旋转器。本专利技术还涉及一种生产矿物纤维特别是诸如玻璃纤维、岩石纤维之类的方法，该方法使用如上所述生产的旋转器。该方法包括以下步骤：-将熔融矿物材料流倒入旋转的旋转器中，该旋转器包括如上所述的合金，并且具有外围壁，所述外围壁或其一部分设置有多个孔，-通过热气的作用拉伸从旋转器的外围壁或其一部分的孔中出现的熔融矿物材料的初级丝，优选地，旋转器内熔融材料的温度至少为1200℃。通过下面的详细说明，本专利技术的进一步的特征和优点将变得清楚，下述详细说明以非限制性的实施例提供。详细说明在本说明书和所附的权利要求中，除非另有说明，否则描述数量、百分比等的所有数字必须理解为在所有情况下都由术语“大约”限定。此外，每个范围包括所描述的最小和最大特定值的任何组合，并且包括其中的任何中间范围，即使没有具体提及。在根据本专利技术的金属合金中，钴代表基本奥氏体结构。作为奥氏体系统成分存在的铬是确保高温抗氧化效果所必需的。通常，当铬含量低于27％时，这种效果无法保证。同时，当铬含量大于29％时，导致合金的机械强度和硬度迅速下降。因此，在根据本专利技术的合金中，铬含量保持在27-29％的范围内。镍以少量存在于根据本专利技术的合金中，并且有助于稳定合金的结构，改善其机械加工性。镍含量优选不大于5％，因为较高的含量会显著增加合金的生产成本。锰和硅以少量存在于合金中，并影响脱碳，同时控制流动性。这些元素中的每一种的含量都保持在低于0.3％的值，因为这些元素中的一种或两种的量越大，合金脆性越大，并且可能在铸造后的冷却过程中引起裂纹或裂缝(fissuring)。在根据本专利技术的合金中，铌和钛与存在的碳一起形成碳化物，这些碳化物具有稳定合金结构的进一步效果，即使在高于1200℃的操作条件下，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属合金，其特征在于，以合金总重量的重量百分比计包含以下元素：/n铌(Nb)：1-4％/n铪(Hf)：0-0.5％/n铬(Cr)：27-29％/n镍(Ni)：1-5％/n碳(C)：0.3-0.45％/n钽(Ta)：0-2％/n钛(Ti)：0-2％/n铁(Fe)：1-3％/n锰(Mn)：低于0.5％/n硅(Si)：低于0.3％/n锆(Zr)：低于0.2％/n其余为钴(Co)和不可避免的杂质。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171120 IT 1020170001325131.一种金属合金，其特征在于，以合金总重量的重量百分比计包含以下元素：
铌(Nb)：1-4％
铪(Hf)：0-0.5％
铬(Cr)：27-29％
镍(Ni)：1-5％
碳(C)：0.3-0.45％
钽(Ta)：0-2％
钛(Ti)：0-2％
铁(Fe)：1-3％
锰(Mn)：低于0.5％
硅(Si)：低于0.3％
锆(Zr)：低于0.2％
其余为钴(Co)和不可避免的杂质。


2.根据权利要求1所述的金属合金，其中所述金属合金包含Hf，并且Nb+Hf的含量之和占所述合金总重量的1-4wt％。


3.根据权利要求1或2所述的金属合金，其中所述金属合金包含Ta，并且Nb+Ta的含量之和占所述合金总重量的1-4wt％。


4.根据权利要求1或3所述的金属合金，其以合金总重量的重量百分比计包含以下元素：
铌(Nb)：3.5％
铬(Cr)：28％
镍(Ni)：1.5％
碳(C)：0.4％
钽(Ta)：0.5％
钛(Ti)：1.4％
铁(Fe)：2％
锰(Mn)：低于0.3％
硅(Si)：低于0.3％
锆(Zr)：低于0.2％，
其余为钴(Co)和不可避免的杂质。


5.一种用于生产如玻璃纤维、岩石纤维之类矿物纤维的制品，其包含根据前述权利要求中任一项所述的合金。


6.一种用于生产如玻璃纤维、岩石纤维之类矿物纤...

【专利技术属性】
技术研发人员：马尔科·拉格雷卡，罗伯托·马西尼，
申请(专利权)人：STM科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：意大利;IT