专利名称：弥散强化合金的结合方法
技术领域：
该发明涉及一种用于结合两个或更多零件和/或结构部件的方法，至少其中的一个零件或部件由弥散强化合金组成。
背景技术：
例如Kanthal APM或者APMT这样由弥散强化材料制成的结构部件已被证明可以极好地满足在所谓高温应用中的结构部件的要求，例如将气体引入通过被周围燃烧器加热到足够高的温度(如1100℃)的辐射管中。该辐射管被外部加热到能够发生化学反应的温度。在该管气体进口端处的典型温度为900℃，出口端处为1125℃，最高最高达1200℃。
在瑞典专利No.467414中披露了一种FeCrAl弥散强化材料，据其记载，该材料同钴、镍、硅、锰、锆、钛以及少量的钇和铪进行合金，随后将其加热到至少1050℃，这样就提高了其抗蠕变强度。辐射管由该材料制得。
在瑞典专利No.513989中披露了一种利用气体雾化生产FeCrAl弥散强化材料的方法。利用该申请中的方法解决的气体雾化中的问题为，在生产含钛的弥散强化材料的过程中，TiN以及TiC小颗粒于雾化之前就会在填料中形成，这些颗粒附着在用于雾化的熔融管嘴上，并致使其被堵塞。其解决方法为使待雾化的填料含有重量百分比为0.05-0.50％的钽，并且同时钛的重量百分比少于0.10％。据专利No.513989记载，该材料还可以含有钼。
如上所述，据称通过专利No.467414中记载的材料能够提高抗蠕变强度。然而，这就增加了对所述管的抗蠕变强度、延展性以及其使用寿命的更多附加要求。同时更希望生产出比现有管能够在更长时间内抵抗高温且更长的管。
瑞典专利申请No.0301500-5披露了一种裂解炉中的辐射管，其中，烃在供其流过、且已被外部加热到能够使烃发生裂解的温度的管中裂解为乙烯，其特征是，该管由FeCrAl材料制成，所述FeCrAl材料除了含有Fe之外，还含有重量百分比为10-25％的Cr、1-10％的Al、1.5-5％的Mo以及少量的合金元素。
弥散强化合金大多用于温度高达1200℃的情况下。同时结合考虑到其需要长的悬挂管的结构原理，这就分别对管的焊接和结合提出了特殊的要求。对结构的优化在于壁厚。决定性因素是使用寿命和来自管外部的最大传热，这可以通过薄壁管和高强度而得以提高。必须对管的强度进行选择，从而至少能够承载静载荷。结构部件的典型长度最高达10-17m，并且可以是例如由两个或更多部件(即管)焊接在一起组成。
在对至少其中一个零件含有弥散强化合金的一个或更多零件或结构部件进行连接时，就会出现包括例如氮化物和/或大的氧化物聚集团析出的宽阔区域，这就分别极大地弱化了所述焊接和接合处的结构。这种弱化意味着由处于某一特定温度和压力结合条件下的弥散强化材料所形成的结合没有达到其结构强度标准。在许多应用弥散强化材料的情况下，静载荷是结合处负载的最大载荷。因此，由于载荷会随壁厚的增大而增加，因此不能为了满足结合处的的标准而增大整个管的壁厚。同样，从成本和热传导的角度看，厚壁管的使用效果并不比具有传统设计工艺的管结构理想。为了利用含有弥散强化合金的一个或两个部件对结构部件进行结合，结合处内机械强度比经过必要的加热顺序制成的基材降低了一半。这使得焊接、接合或同类形具有潜在的断裂迹象。
发明内容
因此，本发明的目的就是提供一种结合部件的方法，其中至少一个部件含有弥散强化合金，并且能够消除上述缺点，同时对其结构进行优化了。
具体实施例方式
本发明提供一种利用包含弥散强化合金的一个或两个部件对结构部件进行结合的方法，该方法综合了已知结合技术和出于将结合和焊接面的强度分别提高到由管来承担负载这种程度的目的而扩展结合区横截面的技术。
本发明提供一种利用包含弥散强化合金的一个或两个部件对结构部件和在结合前进行结合的方法，该方法出于将结合和焊接面的强度分别提高到由管来承担负载这种程度的目的以及实现结构部件在高温场合下的应用，从而在结合前扩展结合区横截面。
本发明所述方法中应用的弥散强化合金具有如下所示组分(重量百分含量％)C 最高达0.08Si最高达0.7Cr10-25Al1-10Mo1.5-5Mn最高达0.4平衡量的Fe以及常见的杂质优选的情况为材料中含有较少量的一种或多种合金元素，如铪、锆、钇、氮、碳和氧。
对于所述材料中含量较低的合金元素而言，本发明在材料组份方面可以有所不同。
为了能够应用弥散强化合金，应当仅在结合区处增大结构部件的壁厚。同传统的方法相比，静载荷没有明显的提高，热传导也没有变化。
结合时的载荷由公式1计算得出公式(1) σ＝F/Aσ＝张力 [Mpa]F＝力[N]A＝横截面积 [mm2]若压力F产生了结合时的蠕变断裂标准σb，例如，如果1100℃/100000h下的σb＝4Mpa，而弥散强化结合下的强度σ＝2Mpa时，材料就不能利用传统的结合方法。
然而，如果增大结合区域处的壁厚，例如，将A增大2倍，压力F不变，则蠕变断裂标准就会缩小2倍，在上述情况下，这就意味着蠕变断裂标准就从σb＝4Mpa降低到σb＝2Mpa，从而由包含弥散强化合金的一个或两个结构部件所形成的结合的强度就达到了设计标准。
在传统设计中，由公式(1)计算得出的σb如下F＝F1[N]A＝A1[mm2]公式(1)→ σb＝F1/A1在增大壁厚的情况下，同传统的方法相比，A增大了2倍，由公式(1)得出F＝F1[N]A＝2A1[mm2]公式(1)→ σb＝F1/2A1通过如锻造、HIP以及车削加工这样的许多生产方法均能够使待结合的所述结构部件的壁厚获得理想地增加。在应用由上述材料制成的结构部件的高温场合下，管长常常超过6m。这使得锻造成为将管结合或焊接为理想的结构和/或长度的最有效的方法。
因此，具有加厚的结合处壁厚的管的几何形状对流动性不会产生明显的影响，对管的内部和外部也不会产生明显的影响。出于实际原因，在结构部件以及管的纵轴方向上，壁厚应分别增加至少30mm。横截面应增大一定数量，使其至少对应于所针对的负载降低量即横截面积的增大同上述公式所述的压力成反比。
本发明所述方法的另一个优点为，能够将一个或更多由弥散强化和/或例如不锈钢这样的其他材料制成的结构部件结合在一起。
本发明所涉及的方法的另一个优点为，能够应用传统的方法，例如，传统的焊接作为TIG，将锻造结构部件结合在一起，此为生产和组装的一个重要因素。
利用本发明所述方法所结合的管的可能应用领域为裂化炉中所谓的辐射管。
在裂化炉或乙烯炉中，烃被裂解为乙烯，H2C＝H2C，此为塑料工业的原材料。
辐射管用于裂解炉中，在该炉中，烃在能够供烃流过的管道中裂解为乙烯。烃在流过被四周的燃烧器加热到能够发生裂解的足够高的温度的辐射管时发生裂解，例如大约在1100℃的时候，管道中就会生成乙烯。典型地，管道入口端气体的温度为900℃，其出口端的气体的温度约为1125℃，并最高达1200℃。
权利要求
1.一种用于结合一个或更多结构部件的方法，至少一个部件包含弥散强化合金，其特征在于，在结合前，通过锻造使结合处的横截面积增大。
2.如权利要求1所述的用于结合一个或更多结构部件的方法，至少一个部件包含弥散强化合金，该弥散强化合金的组成如下(重量百分比％)C 最高达0.08Si最高达0.7Cr10-25Al1-10Mo1.5-5Mn最高达0.4平衡量的Fe以及常见的杂质。
3.利用权利要求1和权利要求2所述的方法制得的、在高于900℃的高温下应用的结构部件。
4.利用权利要求1和权利要求2所述的方法制得的、在裂解炉中应用的结构部件。
5.利用权利要求1和权利要求2所述的方法制得的结构部件，其中，其结合处的蠕变断裂标准σ＝F1/A1随横截面积的增大而增大。
全文摘要
本发明涉及一种用于结合两个或更多的零件和/或结构部件的方法，其中至少一个部件包含具有如下组份的弥散强化合金(重量百分比％)C最高达0.08，Si最高达0.7，Cr10－25，Al1－10，Mo1.5－5，Mn最高达0.4，平衡量的Fe以及常见的杂质，本发明通过在结合之前利用锻造使其结合处的横截面积增大而实现其所述结合，并且根据本发明所述方法制得的产品能够应用于高于900℃的高温情况中。
文档编号F16L13/02GK1950171SQ200580013702
公开日2007年4月18日 申请日期2005年4月20日 优先权日2004年4月30日
发明者克拉斯·欧恩格伦 申请人:山特维克知识产权股份有限公司