一種高強度鎳基耐蝕合金及其制造方法技術

本發明專利技術涉及一種高強度鎳基耐蝕合金，其成分質量百分比含量為：C：0.06-0.10％、Si≤1.0％、Mn≤1.50％、Cr：19.0-23.0％、P≤0.035％、S≤0.001％、N≤0.020％、Ni：29.0-35.0％、Ti：0.15-0.6％、Al：0.15-0.6％、Mg：0.001-0.005％、Cu+O≤0.5％、余量為Fe和不可避免的雜質。所述鎳基耐蝕合金具有完全奧氏體組織，在液態合金中形成直徑10nm-1μm左右，數量約30-50個/mm2的MgO和/或MgO·Al2O3顆粒，從而將該合金連鑄坯的初始凝固晶粒直徑細化為0.5-1.0mm左右，采用立式連鑄工藝生產，避免連鑄坯表面裂紋。并將最終產品的晶粒度控制在3.5-4級，使產品具有力學性能優越、抗高溫蠕變優良等特點，適用于制造熔爐裝置、熱交換器、蒸汽動力渦輪等的零部件。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于鎳基耐蝕合金領域，主要涉及一種完全奧氏體組織的鎳基耐蝕合金的冶煉、立式連鑄制造，具體地說，涉及一種高強度奧氏體鎳基耐蝕合金及其制造方法。
技術介紹
800系列的鎳基耐蝕合金是20世紀50年代進入市場的，其目的是在一個相對較低的Ni含量下滿足耐熱、耐蝕的需求。在過去的50多年間，此類鎳基耐蝕合金因其高溫強度、耐氧化性及其他高溫耐蝕性能而得到廣泛應用。應用包括熔爐裝置、油管、油槽、熱交換器、蒸汽動力渦輪等。這些裝置的性能和運行可靠性，將直接影響重要設備整體運行的經濟性和安全性。隨著我國能源、化學工業的迅速發展，高參數，大容量機組數量不斷增加。參數提高，容量增大，也使各種熔爐裝置、熱交換器和蒸汽動力渦輪等設備的尺寸越來越大，同時也增加了設計、制造的難度。頻繁的啟停和急劇的負荷變化，使設備的運行工況越來越 惡劣。熱交換器、蒸汽動力渦輪等投運率低的問題就成了影響機組等效可用率的重要原因之一。造成熱交換器、蒸汽動力渦輪等投運率低和損壞的原因是多方面的。有關統計數據表明，熱交換器、蒸汽動力渦輪等管系泄漏使設備故障停運所占比重最大，而換熱管被沖蝕和各類腐蝕是造成管系泄漏的最主要原因。國內電站換熱器使用的換熱管主要有碳鋼管、奧氏體不銹鋼管、鎳基耐蝕合金管、鈦管和黃銅管等。與奧氏體不銹鋼管相比，鎳基耐蝕合金換熱管在耐沖蝕、耐腐蝕性方面有著無法比擬的優越性，可延長熱交換器、蒸汽動力渦輪等的運行壽命。目前大量使用的奧氏體不銹鋼管雖然相對便宜，但其材質對應力腐蝕也極其敏感，耐熱溫度和蠕變強度偏低，抑制了用戶需求。鎳基耐蝕合金是完全奧氏體組織，材質更好，其耐熱性能明顯優于奧氏體不銹鋼，熱膨脹系數略低于奧氏體不銹鋼，強度、硬度較高。與奧氏體不銹鋼相比具有使用壽命長、可靠性高、穩定運行好、維護費用少等特點。采用鎳基耐蝕合金管替代奧氏體不銹鋼可以進一步提聞熱交換器、蒸汽動力潤輪等的使用壽命及可罪性，同時可以提聞設備運轉率。提聞鎳基耐蝕合金中的鎳鉻含量能夠提高其耐腐蝕性能。但腐蝕性能提高的同時，對蠕變強度的要求也越來越高。熱交換器、蒸汽動力渦輪等要求材料不僅耐腐蝕性好，同時，也必須具有良好抗高溫變形性能，以便能夠適應長時間的高溫環境下服役。鎳基耐蝕合金具有全奧氏體顯微組織?；瘜W工業使用的幾乎所有的鎳基耐蝕合金都是固溶強化狀態。部分合金添加有效硬化元素，如Mo和Cu，提高合金的強度。也采用添加Al、Ti等幾種微合金元素來強化合金基體，確保鎳基耐蝕合金具有設計要求的性能。然而，部分品種添加Mo和Cu等合金成分會顯著增加成本，并且增加生產工藝的難度。日本冶金 NAS 800L 產品，C 彡 O. 10%，Si 彡 I. 00%，Mn 彡 I. 50，P 彡 O. 030%，S彡 O. 015%, Ni 30. 00-35. 00%, Cr 19. 00-23. 00%, Al 0. 15-0. 60%, Ti 0. 15-0. 60%,CuS O. 75。生產工藝是連鑄，得到的合金鋼的O. 2 %屈服強度彡170N/mm2，抗拉強度彡450N/mm2，延伸率彡30%。德國蒂森VDM alloy800 產品，C 0. 04-0. 08%, Si 0. 2-0. 6%, Mn 0. 5-1. 0%,P 彡 0· 015%, S ( O. 01%, Ni 30-32%, Cr 19. 00-21. 5%, Al 0. 2-0. 4%, Ti 0. 2-0. 5%,Al+Ti < O. 7%。生產工藝是模鑄，得到的合金鋼的O. 2%屈服強度彡180N/mm2，抗拉強度彡450N/mm2，延伸率彡35%。美國Special Metal Incoloy800H 產品，C 彡 0.08 %, Si 0. 2-0. 6 %, Mn O. 5-1. 0%, P 彡 O. 015%, S 彡 O. 011%, Ni 30-35%, Cr 19-23%, Al 0. 15-0. 6%, Ti O. 15-0.6%, Al+Ti :0. 40-0. 7 %。生產工藝是模鑄，得到的合金鋼的O. 2 %屈服強度^ 150N/mm2,抗拉強度> 536N/mm2,延伸率> 25%。由此可見，現有技術中的部分鎳基耐蝕合金還不能完全滿足目前使用和制造的要求，需要開發一種強度高、蠕變性能好、生產經濟的鎳基耐蝕合金。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種高強度鎳基耐蝕合金，該合金具有完全奧氏體組織，·即從初始凝固至室溫均為奧氏體組織。該合金能夠滿足熱交換器、蒸汽動力渦輪使用環境，具有良好的蠕變性能、焊接性能以及抗高溫氧化腐蝕性能。為實現上述目的，本專利技術所提供的鎳基耐蝕合金，其成分質量百分比含量為c:O. 06-0. 10%, Si ^ I. 0%, Mn 0-1. 50 %, Cr 19. 0-23. O %, P ^ O. 035 %, S ^ O. 001 %,N 彡 O. 020%,Ni 29. 0-36. 0%,Ti 0. 15-0. 60%,Al 0. 15-0. 60%,Ti+Al 0. 5-1. 2%,Mg 0. 001-0. 005%,Cu+0 ( 0. 5%、余量為Fe和不可避免的雜質。優選地，Si的質量百分含量為O. 05-1. 0%。優選地，Mn的質量百分含量為O. 05-1. 5%。優選地，N的質量百分含量為O. 002-0. 020%。優選地，Ti的質量百分含量為O. 2-0. 5%。優選地，Al的質量百分含量為O. 2-0. 5%。優選地，O的質量百分含量彡O. 003%。優選地，Ni的質量百分含量為29. 1-35. 1%。除非另有指明，本專利技術中含量均指質量百分比含量。本專利技術的另一個目的是提供上述高強度鎳基耐蝕合金的制造方法。該方法包括煉鋼、立式連鑄、修磨、熱軋、熱軋鋼板退火酸洗、冷軋、冷軋鋼板退火酸洗和分卷，其中，所述煉鋼依次包括電爐冶煉、AOD冶煉和LF精煉，在LF精煉末期加入Al和Ti，成分合格后，再加入Mg，并進行吹氬氣(優選流量為約5-8升/分鐘)的軟攪拌，在液態合金中形成細小的MgO和/或MgO · Al2O3顆粒，從而細化該合金連鑄還的初始凝固晶粒。優選的是，在液態合金中形成直徑IOnm-I μ m左右，數量約30_50個/mm2的MgO和/或MgO ·Α1203顆粒，從而將該合金連鑄坯的初始凝固晶粒直徑細化為O. 5-1. Omm左右。在不加鎂時初始凝固晶粒的直徑為2-3mm。本專利技術鋼采用立式連鑄機進行這種鎳基耐蝕合金的連鑄。所述立式連鑄中，拉速控制為O. 4-1.0m/min，采用專用結晶器保護渣，主要成分SiO2 :25-35 % ；CaO 18-28 % ；Al2O3 5-10% ；MgO 2-5% ；FeO 1-3% ；ΜηΟ :0_1· 5% ；Na20 5-15% ；F 7-17% ；C 2-5%0 避免在連鑄坯表面形成裂紋，加強電磁攪拌的電流為1500-2000A，頻率為2. 5-3. 5Hz (通常奧氏體鋼均不采用電磁攪拌)，所述連鑄后的板坯等軸晶比例> 40%。連鑄板坯修磨可在常溫下進行。進一步優選地，所述熱軋包括粗軋和精軋，所述粗軋的溫度為1150_1250°C本文檔來自技高網...

【技術保護點】
鎳基耐蝕合金，其成分質量百分比含量為：C：0.06？0.10％、Si≤1.0％、Mn≤1.50％、Cr：19.0？23.0％、P≤0.035％、S≤0.001％、N≤0.020％、Ni：29.0？36.0％、Ti：0.15？0.60％、Al：0.15？0.60％、Ti+Al：0.5？1.2％、Mg：0.001？0.005％、Cu+O≤0.5％、余量為Fe和不可避免的雜質。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：鄭宏光，李元，馬天軍，楊健，朱信國，劉旭峰，范正潔，沈建國，
申請(專利權)人：寶山鋼鐵股份有限公司，
類型：發明
國別省市：