一种耐热合金及其制备方法与流程

本发明涉及合金，尤其涉及一种耐热合金及其制备方法。

背景技术：

1、耐热合金是指在高温下具有高的抗氧化性、抗蠕变性与持久强度的合金，广泛应用在航空航天、石油化工、冶金、玻璃建材等行业，用于制造在高温下工作的重要零部件，市场用量巨大。为了达到一定的热强性和优异的抗氧化性能，耐热合金中普遍含有一定量cr和相应的ni，并且随着使用温度的升高，合金中cr、ni含量也相应增多。以zg45ni48cr28w5si2为例，其cr、ni含量已分别达到28％、48％左右，制造成本很高；以n代ni是现有耐热合金低成本化的一个重要方向，然而，对于高cr含量的耐热合金，n含量加入不足将会降低奥氏体的稳定性、甚至生成铁素体；n含量加入过多，则会大幅降低合金的塑性，达到3％以下，影响合金的焊接性和抗热冲击性能，现有的高cr含量耐热合金，尚未在耐热合金低成本化和综合性能优异方面达到较好的平衡。

2、此外，现有的高cr含量耐热合金，虽然能够满足高温零部件强度高、室温塑性好的要求，但是没有综合考虑高温零部件的高温持久性能，综合性能较差；针对耐热合金高温零部件的广泛需求，亟需开发一种新型耐热合金，在满足强度和室温塑性的基础上能够显著提高耐热合金的高温持久性能，同时生产成本较低；为了确保强度和室温塑性的同时显著提高耐热合金的高温持久性能，合理的成分、组织设计以及制备方法至关重要。

技术实现思路

1、鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种耐热合金及其制备方法，用以解决现有高cr含量耐热合金至少以下问题之一：1、现有高cr、高n含量耐热合金无法同时具有良好的强度、室温韧性和高温持久性能，综合性能较差；2、现有高cr、高ni含量耐热合金生产成本高。

2、一方面，本发明提供了一种耐热合金，化学成分按重量百分比计为：c：0.4～0.6％，si：0.5～2％，mn：1.0～4.0％，p：≤0.03％，s：≤0.01％，cr：27～35％，ni：18～30％，w：2～6％，co：0.1～5％，ti：0.01～0.1％，zr：0.01～0.1％，nb：0.1～0.5％，al：≤0.1％，n：0.20～0.45％，la+ce：0.02～0.15％，余量为fe及不可避免的杂质。

3、进一步地，所述cr和ni的含量比值为0.9-1.95。

4、进一步地，化学成分按重量百分比计为：c：0.4～0.59％，si：0.6～1.8％，mn：1.75～3.35％，p：≤0.025％，s：≤0.0038％，cr：27.3～34.8％，ni：18.6～29.8％，w：2.2～4.6％，co：0.5～4.6％，ti：0.02～0.09％，zr：0.03～0.08％，nb：0.26～0.3％，al：≤0.1％，n：0.22～0.43％，la+ce：0.05～0.13％，余量为fe及不可避免的杂质。

5、进一步地，所述cr和ni的含量比值为0.93-1.55。

6、进一步地，所述耐热合金的微观组织包括奥氏体、碳化物和氮化物，碳化物的面积占比为0.5～10％。

7、另一方面，本发明还提供了一种耐热合金的制备方法，用于制备上述耐热合金，其特征在于，包括以下步骤：

8、s1：按照耐热合金成分配比称取一定量的纯金属和/或合金；

9、s2：将纯金属和/或合金置于中频感应炉坩埚或中间包中，在中频感应炉中精炼，得到精炼钢水；

10、s3：将精炼钢水加热至1650-1730℃，精炼钢水导入钢包中，冷却至一定温度后，将精炼钢水浇入高速旋转的型筒中凝固成型，制得合金。

11、进一步地，步骤s1中，所述纯金属包括镍板、金属锰、金属钨、金属钴、金属铌、金属铝、金属铁和石墨；

12、所述合金包括碳化铬铁、氮化铬铁、硅铁、锰铁、钨铁、钛锆合金、镧铈稀土和废钢。

13、进一步地，步骤s2中，所述氮化铬铁分别置于中频感应炉坩埚和中间包中，其中氮化铬铁置于中间包的质量比≤30％。

14、进一步地，步骤s3中，所述精炼钢水的过热度为150-300℃。

15、进一步地，步骤s3中，所述冷却温度为1550-1650℃。

16、与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

17、1、本发明的耐热合金，通过合理的合金成分设计，通过n、ni元素形成稳定的奥氏体，优化cr、ni元素含量，调整固溶强化元素w、co含量，添加c元素形成碳化物、添加al、ti、nb、n元素形成碳化物、氮化物，进行第二相粒子强化，并添加适量的稀土元素净化晶界、提高合金的高温持久性能，较传统的zg45cr28ni48w5si2类牌号的耐热合金节约ni元素含量35％以上，同时室温抗拉强度≥560mpa，室温屈服强度≥320mpa；高温持久寿命明显提高，在1100℃/25mpa下，持久寿命≥21h，并且具有良好的室温断后伸长率(≥7％)，综合性能优异，生产成本低。

18、2、本发明的耐热合金较传统的zg45cr28ni48w5si2类牌号的耐热合金节约ni元素含量35％以上，成本降低，同时性能优于zg45cr28ni48w5si2类合金。

19、本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

技术特征：

1.一种耐热合金，其特征在于，化学成分按重量百分比计为：c：0.4～0.6％，si：0.5～2％，mn：1.0～4.0％，p：≤0.03％，s：≤0.01％，cr：27～35％，ni：18～30％，w：2～6％，co：0.1～5％，ti：0.01～0.1％，zr：0.01～0.1％，nb：0.1～0.5％，al：≤0.1％，n：0.20～0.45％，la+ce：0.02～0.15％，余量为fe及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的耐热合金，其特征在于，所述cr和ni的含量比值为0.9-1.95。

3.根据权利要求1所述的耐热合金，其特征在于，化学成分按重量百分比计为：c：0.4～0.59％，si：0.6～1.8％，mn：1.75～3.35％，p：≤0.025％，s：≤0.0038％，cr：27.3～34.8％，ni：18.6～29.8％，w：2.2～4.6％，co：0.5～4.6％，ti：0.02～0.09％，zr：0.03～0.08％，nb：0.26～0.3％，al：≤0.1％，n：0.22～0.43％，la+ce：0.05～0.13％，余量为fe及不可避免的杂质。

4.根据权利要求3所述的耐热合金，其特征在于，所述cr和ni的含量比值为0.93-1.55。

5.根据权利要求1所述的耐热合金，其特征在于，所述耐热合金的微观组织包括奥氏体、碳化物和氮化物，碳化物的面积占比为0.5～10％。

6.一种耐热合金的制备方法，用于制备权利要求1-5任一项所述耐热合金，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述纯金属包括镍板、金属锰、金属钨、金属钴、金属铌、金属铝、金属铁和石墨；

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述氮化铬铁分别置于中频感应炉坩埚和中间包中，其中氮化铬铁置于中间包的质量比≤30％。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤s3中，所述精炼钢水的过热度为150-300℃。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，步骤s3中，所述冷却温度为1550-1650℃。

技术总结
本发明涉及一种耐热合金及其制备方法，属于合金技术领域，解决现有耐热合金综合性能较差、生产成本较高的问题。一种耐热合金，化学成分按重量百分比计为：C：0.4～0.6％，Si：0.5～2％，Mn：1.0～4.0％，P：≤0.03％，S：≤0.01％，Cr：27～35％，Ni：18～30％，W：2～6％，Co：0.1～5％，Ti：0.01～0.1％，Zr：0.01～0.1％，Nb：0.1～0.5％，Al：≤0.1％，N：0.20～0.45％，La+Ce：0.02～0.15％，余量为Fe及不可避免的杂质。本发明的耐热合金具有良好的室温强度、塑性和高温持久性能，综合性能优异，生产成本低。

技术研发人员：王建涛,国新月,李尚平,骆合力,王兴雷
受保护的技术使用者：青岛新力通工业有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16