一种耐热1200度换热设备用镍铬铝合金及制造方法技术

本发明专利技术属于合金制造技术领域，具体涉及一种耐热1200度换热设备用镍铬铝合金及制造方法，即一种抗氧化性能优异的Ni‑Cr‑Al合金及其制造方法。本发明专利技术提供的合金包括镍、碳、硅、锰、磷、硫、铬、铁、铝、锆、钇等元素。本发明专利技术深度挖掘Cr、Ni、Al、Zr、Y等元素在提高抗氧化性能、高温持久性能、腐蚀性能的作用，利用真空脱气并采用Ni‑Mg和稀土（Zr、Y）进行精炼，将钢水的[O]含量、[S]含量、[N]含量大幅降低。相比传统GH2747合金，本发明专利技术合金在抗氧化性能、持久强度、耐腐蚀性能等方面具有显著的进步。

【技术实现步骤摘要】
一种耐热1200度换热设备用镍铬铝合金及制造方法
本专利技术属于合金制造
，具体涉及一种抗氧化性能优异的Ni-Cr-Al合金及其制造方法，尤其是一种耐热1200度换热设备用镍铬铝合金及制造方法。
技术介绍
GH2747合金是一种传统的抗氧化性能优良的高温合金，抗氧化性能来自于合金中较高的镍含量与铝的合金化，在航空航天燃烧室、热电偶套管、板式换热器、管式换热器的最高使用温度一般不超过1150℃，当使用温度1200℃时，GH2747的氧化速率增加一倍，使用寿命大幅降低，使用成本增加更多。另外，在1200℃温度下，GH2747的100h持久强度只有5Mpa,限制了GH2747在高温高压设备上的应用。GH2747合金的成分如表1所示。表1传统GH2747的成分(百分比，％)合金镍碳硅锰磷硫铬铁铝GH274744-460-0.100-1.00-1.00-0.0250-0.0215.0-17余2.9-3.9
技术实现思路
本专利技术的目的：针对现有技术存在的不足，为了有效提高合金在高温下的抗氧化性能和持久强度，本专利技术力求通过对合金成分的深入研究和挖掘、对制造工艺的深度开发和优化，制得综合性能显著优于传统GH2747合金的新合金，尤其是在抗氧化、耐腐蚀、高温持久强度方面。1.化学成分的优化设计本专利技术提供的合记为HQ2747合金，该合金的成分设计如表2所示。表2本专利技术HQ2747合金的成分设计基本成分(百分比，％)本专利技术充分发掘合金元素铬、钼、镍、铝、钛、锆、钇的潜力，这些元素的熔点较高，铬的熔点1857℃、钼的熔点2620℃、锆的熔点1852℃，钇的熔点1522℃，另外锆及钇的氧化物ZrO2、Y2O3非常稳定，使得这些元素拥有非常好的抗氧化性能，特别能提高合金的抗氧化性能及高温持久性能。这些元素在高温环境下，形成的氧化物非常稳定，致密，是提高合金抗氧化锌及高温持久性能的另一个原因。本专利技术大胆添加Zr，控制范围0.01-0.10％，最佳0.03％，添加Y，控制范围0.01-0.10％，最佳0.05％。Zr、Y稀土元素在合金中添加，显著提高晶界扩散激活能，阻碍晶界滑动，增大晶界裂纹的表面能，一方面将纯净钢水，脱氧脱气。另一方面ZrO2及Y2O3本身就能大幅提高合金的抗氧化性能。Ni的熔点1453℃，化学特征非常稳定，可以在高温下不发生氧化，所以提高钢的抗氧化性能。Cr含量超过12％时，明显提高钢的高温抗氧化性能和耐氧化性腐蚀性能，高温下Cr形成Cr2O3薄膜，呈钝化状态，且非常致密，阻止外界氧化剂对钢铁基体的进一步腐蚀，Cr还能增加钢的热强性，显著提高钢在高温下的持久强度。Al和Ti均可以明显细化钢的晶粒，根据霍尔--佩奇公式σs＝σ0+kd(-1/2)，其中σs为抗拉强度，d为晶粒直径，晶粒越细，强度越高。TiFe2的析出提高钢的强度。Al和Ti高温下能促使金属表面生成致密的氧化膜，防止继续氧化，是提高钢的抗氧化性和抗高温气体腐蚀的主要元素。Al和Ti还能明显提高钢的抗氧化性能。Al和Ti与氧均有强烈的亲和作用，是理想的炼钢脱氧剂，因此明显提升钢的纯净度和耐蚀性能。Zr及钇均为稀土元素，首先与钢水中的溶解氧及硫具有非常好的亲和力，所以具有非常优异的脱氧脱硫能力，对纯净钢水非常有用。其次Zr在高温下氧化形成ZrO2，化学稳定性非常高，不易氧化，ZrO2导热系数非常低(<0.18W/m·K)，ZrO2的熔点较高达1853℃，所以高温下含Zr合金具有非常强的抗氧化性能。钇的抗氧化机理与锆相似。2.生产工艺路线本专利技术具体的生产工艺路线如下：原料准备→真空感应→浇注电极→电极精整→真空自耗→自耗锭精整→加热→锻造→超声波探伤→热处理→取样→剥皮→检验→包装→入库。2.1原料准备主要原料包括：纯铁、金川镍、低碳铬铁、金属铬、纯铝、硅钙粉、铝粉、石灰、萤石、锆合金、金属钇、Ni-Mg等。原料要求：原料选择低磷低碳级的，无油污无水分。脱氧剂(硅钙粉、铝粉、石灰、萤石、Ni-Mg、金属钇)要在450-550℃烘烤箱中烘烤干燥。2.2真空冶炼此过程主要包括装料、熔化、精炼、浇注等工序。(1)装料装料原则：上松下紧，防止“架桥”。在装大料前，应先在炉底铺垫一层细小的轻料。高熔点不易氧化的炉料如金川镍、微碳铬铁应装在坩埚的中、下部高温区。易氧化的炉料如Al铁应在金属液脱氧良好的条件下，出钢前2-5分钟加入。锆合金与金属钇在出钢1/3时加入。(2)熔化期装料完毕后，应开始抽真空。当真空室压强达到0.03mbar时，送电加热。熔化初期要保持较高真空度和缓慢的熔化速度。熔化时间大于120分钟。熔清后取样全分析。(3)精炼期精炼期的主要任务是：脱氧、去气、去除挥发性夹杂、调整温度、调整成分。精炼温度1530-1560℃、进一步提高真空度至0.013mbar，精炼时间大于35分钟。精炼期造渣次数5-7次。取样全分析。调整合金成分至工艺要求，加入易氧化合金如Si、Mn、Al，大功率搅拌5-7min。出钢前2-3min加入Ni-Mg进一步脱氧脱硫，Ni-Mg加入量控制在钢水量0.01-0.03％。锆合金加入量控制在钢水的0.01-0.10％，金属钇加入量控制在钢水的0.01-0.10％，锆合金及金属钇均在出钢量1/3时加入。(4)浇注出钢前大功率搅拌2-4分钟。出钢温度控制在1550-1580℃。浇注锭型Φ260。2.3真空自耗电极尺寸：Φ250(剥皮后尺寸)电极精整：切除感应电极头部缩孔，剥皮去除电极表面冷钢、裂纹、夹渣、夹杂等缺陷。精炼真空度要求：≤0.1Pa。漏气率要求：≤20μL/s。电压电流制度：电压62-65V，电流由两阶段组成，第一阶段，以最大电流重熔，时间约235-245分钟，电流6.5至7千安培，第二阶段为封顶补缩阶段，电流逐级下降，具体补缩时间参照图1。自耗锭冷却：真空下保持150分钟以上，破真空，脱模。2.4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。如图2，均热温度：1050-1220℃，升温速度≦120℃/小时，均热时间：4-6小时，开锻温度≧1030℃，终锻温度≧900℃，为了保证锻压比，墩粗次数≧2-3次。2.5超声波探伤采用GB/T4162-2008《锻轧钢棒超声检测方法》进行探伤，平底孔￠2.0，验收级别A级。2.6热处理热处理采用固溶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种镍铬铝合金，其特征在于：其组成元素的质量百分含量如下：/n镍 40-46%/n碳 0-0.10%/n硅 0-1.0%/n锰 0-0.5%/n磷 0-0.025%/n硫 0-0.02%/n铬 16.0-18%/n铁 余/n铝 3.2-4.2%/n锆 0.01-0.10%/n钇 0.01-0.10%。/n

【技术特征摘要】
1.一种镍铬铝合金，其特征在于：其组成元素的质量百分含量如下：
镍40-46%
碳0-0.10%
硅0-1.0%
锰0-0.5%
磷0-0.025%
硫0-0.02%
铬16.0-18%
铁余
铝3.2-4.2%
锆0.01-0.10%
钇0.01-0.10%。


2.根据权利要求1所述的镍铬铝合金，其特征在于：锆的质量百分含量优选0.03%，钇的质量百分含量优选0.05%。


3.根据权利要求1或2所述的镍铬铝合金的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：
（2.1）原料准备
（2.2）真空冶炼
1）装料
2）熔化
装料完毕后抽真空，当真空室压强达到0.03mbar，送电加热；
3）精炼
精炼温度1530-1560℃、进一步提高真空度至0.013mbar，精炼时间大于35分钟；
精炼期造渣次数5-7次，取样全分析；
调整合金成分至工艺要求；
4）浇注
出钢温度控制在1550-1580℃；
2.3真空自耗
2.4锻造
锻压比要求：8-10；
均热温度：1050-1200℃，升温速度≦120℃/小时，均热时间：4-6小时，开锻温度≧1030℃，终锻温度≧900℃，为了保证锻压比，墩粗次数≧2-3次；
2.5探伤
2.6热处理
热处理采用固溶处理；均热温度1060-1200℃，均热时间1-2分钟/毫米；热处理后快速水冷，要求在15分钟内冷却至100℃以下。


4.根据权利要求3所述的镍铬铝合金的制造方法，其特征在于：真空自耗过程中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈刚，
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