[其他]抗滲碳耐熱合金

在審

• 申請號: 101987000000246
• 申請日: 1987-03-13
• 公開（公告）號: CN87100246B
• 公開（公告）日: 1988-11-02
• 發明（設計）人: 黃元偉;孫蘭祥;徐之強
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海冶金研究所
• 代理公司: 中國科學院上海專利事務所
• 代理人: 季良赳;沈德新

本發明是每種成份都低于５０％的以Ｃｒ、Ｎｉ、Ｆｅ為基體的、含Ｓｉ、Ｍｎ等元素的抗滲碳耐熱合金，其特征是含有稀土金屬，大大提高了合金的耐高溫氧化、硫化性能。本發明的合金可以鑄造成型、鍛造加工，具有良好的可焊性和機械加工性能，其抗滲碳性能比目前常用的ＨＰ－４０合金提高６倍，可廣泛用于石油裂解、煤的氣化等低氧勢、高碳勢的高溫腐蝕環境中，作為設備、爐管用材料。

本發明是以Cr、Ni、Fe為基體的抗滲碳耐熱合金，屬于每一種成份都低于50%的合金領域。

石油化學、煤化學等化學工業環境是低氧勢下復雜混合氣體的高溫腐蝕環境，對設備、爐管具有很強的腐蝕性，而工業生產卻要求這些設備、爐管長期連續安全運行。石油裂解和煤的氣化工業中面臨的是低氧勢、高碳勢的高溫環境，最易發生的事故是設備及爐管的滲碳開裂，影響正常生產。目前在這些工業中應用最多的是304不銹鋼、HP-40合金及Croloy800合金爐管。我國引進的石油裂解設備就采用了后二種合金，其主要成份是Cr、Ni、Fe，還有Si和Mn。但用這些合金制成的爐管曾多次發生滲碳開裂。對高溫爐管及設備的滲碳和抗滲碳材料的研究已引起材料和腐蝕科學界的普遍重視。近年來，日本公開特許公報公布了一系列耐熱抗滲碳合金專利。例如：久保田鐵工株式會社申請的特開昭60-59051、60-165344、60-165345及在英國申請的GB2091295，GB2090864等，這些專利申請都是適用于石油裂解工業使用的有優良抗滲碳性能的耐熱鑄鋼，基本成份也是Cr、Ni、Fe，但都含有較高含量的W（達0.3～5%），而W的價格昂貴，另外，還有N、B等非金屬元素，冶煉時難以控制。這些專利所報導的都是鑄造合金。其中特開昭60-59051報導的材料在實際使用時，還說明要經鋁擴散滲透處理，否則其抗滲碳性能將降低1/2到2/3。又如三菱重工申請的特開昭56-150169、56-158848、56-158849及特開昭58-73741，其基本成份仍是Cr、Ni、Fe，但有較高含量的Cu（1-5%）或Nb、Zr等。與久保田鐵工的申請相比，提高了壓延性。上述專利文獻中的耐熱抗滲碳合金基體的重量百分比基本上是Cr：20-30，Ni：30-40，其實際合金基體的Cr、Ni分別為25和35左右，其性能HP-40相近。

為了滿足我國石油裂解和煤的氣化工業的迫切需要，解決生產中出現的高溫滲碳開裂等問題，本發明的目的是：在研究了合金元素對Cr、Ni、Fe基合金高溫滲碳、高溫氧化、硫化及高溫強度的影響的基礎上，尋求合金元素的種類和含量的最佳組合，以得到有優良的抗高溫滲碳性能、抗高溫氧化、硫化性能及有良好高溫強度的抗滲碳耐熱合金，這種合金要滿足鑄造和變形、焊接、機械加工的基本性能要求。

為提高合金的抗滲碳性能，本發明利用Cr、Ni對滲碳的阻礙作用，將合金基體的Cr與Ni含量提高到29-31%及39-41%，提高Si含量能增強CrNiFe合金的抗滲碳能力，本發明將合金中Si含量提高到能保證其加工和焊接性能的最大值，即1.8-2.2%。另外加入適量的Nb、Ti、Mo，以與滲入的碳形成碳化物，阻止碳向合金內部擴散。還加入Mn及Al以提高合金組織穩定性和高溫強度。為提高合金的抗氧化、硫化能力，進一步提高合金的耐高溫腐蝕性能，本發明添加了有顯著增強合金氧化膜的保護性和結合力的稀土金屬。稀土金屬的加入還使合金中Si的抗高溫氧化能力得到充分發揮，有效地提高了使用壽命。添加的稀土金屬可以是Ce、Y、La或混合稀土，加入量為0.2-0.3%。從降低成本出發，最好選用市售的總稀土含量不小于98%的Ce40-1混合稀土。

表1列出了本發明實施例的合金成份。同時列出目前使用的HP-40、Croloy-800及日本專利特開昭60-59051、56-150169所提出的合金成份，以資比較。

表2與表3列出了本發明合金的室溫機械性能和高溫持久性能，也列出了目前通用合金HP-40的性能作為比較。

表4列出了本發明和HP-40合金在同樣的滲碳條件下（603滲碳劑在900℃下，液體滲碳8小時）合金的滲碳深度。

表5表示本發明和HP-40合金的抗高溫硫化-氧化性能。試驗條件是在硫-空氣混合氣體下，600℃、50小時進行高溫腐蝕。表中列出了不同硫蒸氣壓下的腐蝕厚度損失。