专利名称：低膨胀抗氧化高温合金的制作方法
技术领域：
本发明是属于高温合金钢功能材料领域。特别适用于制备高强度、高韧性、低膨胀、恒弹性和具有抗氧化性能的高温功能结构材料。
在低膨胀高温合金中，为了使合金保持较低的膨胀系数并防止应力加速晶界氧化脆性，一般不加Cr、Al等元素，致使合金的抗氧化性能较差，如专利US4200459(对比例1)、特许公开昭54-90013、US5192497、特开平5-70894等，这类合金基本不含Cr，不含或保持较低的Al含量。为了提高此类合金的抗氧化性能，另一种方法是加入较多Al和Cr如专利CN1053094A(对比例2)、US4006012等，其特点是抗氧化性能得到大幅度提高，可膨胀系数也相应提高很多，影响其作为功能材料的应用。另外目前低膨胀高温合金很少有加稀土的。
本发明的目的是提出一种具有高强度、高韧性、低膨胀、恒弹性和具有抗氧化性的高温合金材料。
根据本发明目的所提出的高强度、高韧性、低膨胀、恒弹性抗氧化高温合金材料的具体化学成分为(重量％)C 0.001-0.1％，Si 0.05-0.7％，Ni 20-42％，Co10-38％，Ti 1.0-2.5％，Nb 3-6％，B 0.002-0.02％，Cr 0.5-7％，Y、La及稀土元素总量为0.001-0.25％，其余为Fe。
本发明低膨胀高温合金是根据现有低膨胀高温材料中的不足，通过对该材料成份中各元素的调整，使该合金的性能达到设计者的使用要求。在本发明合金中，通过调整Co、Ni、Fe成分，可得到膨胀系数极低的材料。其中Co的加入使奥氏体稳定，热强性和抗热腐蚀性提高。Ti的加入形成高温合金的强化相γ’相。Nb元素一部分进入γ’相，一部分在基体中起固溶强化作用，这些都使该合金比一般低膨胀合金的强度更高。B的加入是为了提高晶界强度。Si的加入促进了合金中ε相和Laves相的析出，使合金的韧性提高，光滑持久、缺口持久寿命大幅度提高。通过多年研究认为，为提高低膨胀高温合金的抗氧化性能，应加入少量Cr，以形成一层较致密的氧化层，同时加入稀土元素Y、La等。稀土元素的加入提高了氧化层的热力学稳定性，通过稀土自身氧化和内氧化降低合金中氧的浓度。稀土的内氧化物又起到“钉扎”作用，改善了氧化层的粘附性，并通过抑制氧化层的“衰退”而减少恒温氧化速率，增加氧化层抵抗应力破坏的能力，即提高了氧化层的结合强度。另外稀土偏聚在晶界，产生微合金化作用，稀土元素主要以稀土化合物状态存在，如稀土氧化物、稀土氧硫化物、稀土硫化物等，起到去除晶界杂质的净化作用，增加了晶界强度。由于Cr和稀土的共同作用，使合金持久性能进一步得到提高，抗氧化性能比对比例1显著提高，见图3、图4。另外，调整Co、Ni等元素的比例，使奥氏体更稳定，并提高了居里点温度，使膨胀系数在较宽的温度区间保持恒定，以抵消由于Cr的增加对膨胀系数的不利影响，使膨胀系数基本保持不变，以获得一种高强度、高韧性、低膨胀、恒弹性并具有抗氧化性能，抗氢性能的高温功能结构材料。
本发明钢的制备方法是将钢锭进行锻造后再固溶处理，其热处理制度为950-1050℃固溶，700-760℃一级时效2-18小时，炉冷至580-680℃二级时效2-18小时。
本发明钢与现有技术钢相比较具有综合性能好，其特点在于本发明钢不但有强度、韧性高和低膨胀、恒弹性，而且还具有很好的抗氧化性。该钢的制造工艺比较简单，可加工成设计者要求的结构件。
实施例根据本发明钢的具体成份范围，我们共冶炼了四炉成份的本发明低膨胀高温合金，其具体化学成份见表1。本发明钢的加工是将钢锭经锻造成形后再进行固溶处理，其热处理制度为980℃固溶处理和720℃8小时处理后炉冷至620℃保温8小时，处理后炉冷至室温。其各项机械性能及650℃拉伸性能见表2，为对比方便，我们例举2个对比材料。在本发明实施例中表1、表2，附
图1，附图2中的序号1、2、3、4均为本发明实施例钢。对比例1为US4200459，对比例2为CN1053094A。
本发明文件中表1、表2，附图1、2、3、4说明。表1为本发明钢的化学成份(重量％)。表2为本发明钢的机械性能与现有技术(对比例钢)的比较。附图1为本发明钢与对比钢的抗氧化性能的比较。附图2为本发明钢与对比钢膨胀性能的比较。附图3为对比例1钢的氧化层形貌(700℃)。附图4为本发明钢的氧化层形貌(700℃)表1本发明钢的化学成分(重量％)<
表2本发明的机械性能与现有技术钢比较<
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权利要求
1.一种高强度、高韧性、低膨胀、恒弹性和抗氧化的高温合金材料，其特征在于该钢的化学成份组成为(重量％)为C 0.001-0.1％，Si 0.05-0.7％，Ni20-42％，Co 10-38％，Ti 1.0-2.5％，Nb 3-6％，B 0.002-0.02％，Cr 0.5-7％，Y、La及稀土元素总量为0.001-0.25％，其余为Fe。
全文摘要
本发明属于高温合金钢领域。适用于制备低膨胀抗氧化的高温合金结构件。本发明钢是在现有技术钢种中,通过调整各化学成分,使钢的机械性能得到改善,本发明钢不但具有较高的强度、韧性和低的膨胀及恒弹性,而且还具有较好的抗氧化性。
文档编号C22C38/52GK1250109SQ9911960
公开日2000年4月12日 申请日期1999年9月21日 优先权日1999年9月21日
发明者邓波, 陈淦生, 仲增墉, 龙正东, 林平 申请人:冶金工业部钢铁研究总院