可焊的抗氧化镍-铁-铬-铝合金制造技术

可焊的高温抗氧化合金，其具有低的凝固裂纹敏感性和良好的抗应变时效开裂性。该合金以重量计包含：２５％－３２％铁、１８－２５％铬，３．０－４．５％铝、０．２－０．６％钛、０．２－０．４％硅、０．２－０．５％锰、以及余量的镍与杂质。Ａｌ＋Ｔｉ含量应为３．４％－４．２％，以及Ｃｒ／Ａｌ比例应为约４．５－８。

【技术实现步骤摘要】
专利说明可焊的抗氧化镍-铁-铬-铝合金 专利
本专利技术涉及含有铬、铝和铁的镍基抗腐蚀合金。
技术介绍
存在许多含有铬和选定用于在特定腐蚀环境中提供抗腐蚀性的其它元素的抗腐蚀性镍基合金。这些合金还含有经选择以提供所需机械性能例如拉伸强度和延展性的某些元素。许多这些合金在一些环境中表现良好而在其它腐蚀性环境中表现不佳。一些具有优异抗腐蚀性的合金难以成形或焊接。因此，本领域继续尝试开发具有抗腐蚀性和可加工性的组合的合金，所述组合使合金能够易于成形为具有长工作寿命的容器、管道和其它部件。 英国专利No.1,512,984公开了具有标称8-25％铬、2.5-8％铝和至多0.04％钇的镍基合金，该合金通过将必须含有大于0.02％钇的电极进行电渣重熔(electroslag remelt)制得。美国专利No.4,671,931教导在镍-铬-铝合金中使用4-6％铝以通过形成富氧化铝的保护性氧化皮(scale)来获得突出的抗氧化性。还通过向合金添加钇来提高抗氧化性。铁含量被限制为最大8％。高铝量导致Ni3Al γ′析出物的析出，该析出物在高温、特别在约1400℉下赋予良好的强度。美国专利4,460,542描述了一种含有以下组分的无钇镍基合金14-18％铬、1.5-8％铁、0.005-0.2％锆、4.1-6％铝和不超过0.04％的极少钇，该合金具有优异的抗氧化性。本专利范围内的合金已作为 合金而商业化。该合金含有14-18％铬、4.5％铝、3％铁、0.04％碳、0.03％锆、0.01％钇、0.004％硼和余量镍。 Yoshitaka等在日本专利No.06271993中描述了含有20-60％镍、15-35％铬和2.5-6.0％铝的铁基合金，该合金需要小于0.15％的硅和小于0.2％的钛。 欧洲专利No.549286公开了其中必须具有0.045-0.3％钇的镍-铁-铬合金。所需的高水平钇不仅使合金昂贵，而且它们还会使合金因镍-钇化合物的形成而不能以形变形式进行制造，该化合物在热加工操作期间促使发生开裂。 美国专利No.5,660,938公开了一种具有30-49％镍、13-18％铬、1.6-3.0％铝和1.5-8％的一种或多种IVa和Va族元素的铁基合金。该合金含有不足以确保在暴露于高温氧化条件期间形成保护性铝氧化物膜的铝和铬。另外，IVa和Va族的元素可促进减小高温延展性的γ′形成。诸如锆的元素还可促使焊件在凝固期间发生严重的热裂。 美国专利No.5,980,821公开了含有仅8-11％铁和1.8-2.4％铝并且需要0.01-0.15％钇和0.01-0.20％锆的合金。 遗憾地，上述专利公开的合金遭受许多焊接和成形问题，这些问题正是由于铝的存在、特别是当存在量为合金的4-6％时引起的。在从最终退火操作冷却期间，这些合金中可能快速发生Ni3Al γ′相的析出，从而甚至在退火条件下产生与低延展性相应的相对高的室温屈服强度。与固溶强化的镍基合金相比，这使得弯曲和成形更加困难。高的铝含量在焊接和焊接后热处理期间还促成应变时效开裂问题。这些合金还倾向于在焊接期间发生凝固开裂，并且事实上需要改进的化学填料金属来焊接称作 合金的商业合金。这些问题阻碍了焊接的管状产品的开发并且限制了该合金的市场增长。 专利技术概述 本专利技术的合金通过降低γ′对高温延展性的负面影响来克服这些问题，所述降低是通过以25-32％的范围大量添加铁并且将铝+钛水平降至3.4-4.2％来实现。另外，钇的添加是不需要的，并且可通过添加混合稀土进行替代。 通过修改现有技术组成以便用高得多水平的铁替代镍，克服了
技术介绍
部分描述的Ni-Cr-Al-Y合金的缺点。此外，我们降低铝水平，优选从214合金目前的4.5％典型量降至约3.8％。这种降低减少可在合金中析出的γ′的体积分数并且改善合金对应变时效开裂的抵抗性。这为最终用户实现了管状产品生产的更好可制造性以及更好的焊件可加工性。我们还将合金的铬水平提高至约18-25％以便在降低的铝水平下确保足够的抗氧化性。还添加少量硅和锰以改善抗氧化性。 本专利技术提供了一种镍基合金，该合金以重量计包含如下组分25-30％铁、18-25％铬、3.0-4.5％铝、0.2-0.6％钛、0.2-0.4％硅和0.2-0.5％锰。该合金还含有至多0.01％的钇、铈和镧。可存在至多0.25％的碳。合金中的硼可为至多0.004％，存在的锆可为至多0.025％。合金的余量是镍与杂质。另外，铝与钛的总含量应为3.4％-4.2％，并且铬与铝的比例应为约4.5-8。 本专利技术优选提供包含如下组分的合金组合物26.8-31.8％铁，18.9-24.3％铬，3.1-3.9％铝，0.3-0.4％钛，0.2-0.35％硅，至多0.5％的锰，钇、铈和镧的每一种至多0.005％，至多0.06％碳，小于0.002％的硼，小于0.001％的锆，以及余量的镍与杂质。还优选的是，总的铝与钛为3.4％-4.3％并且铬与铝的比例为5.0-7.0。 最优选的组合物含有27.5％铁、20％铬、3.75％铝、0.25％钛、0.05％碳、0.3％硅、0.3％锰、痕量的铈和镧以及余量的镍与杂质。 从优选实施方案的描述和本文报导的测试数据，本合金的其它优选组成和优点将变得明显。 附图简述 附图说明图1是显示在1400℉下的拉伸延伸率作为Al+Ti含量的函数的座标图； 图2是显示在1400℉下的拉伸延伸率作为Cr/Al比例的函数的座标图； 图3是显示在1800℉下的静态条件测试中受影响金属的平均量作为Cr/Al比例的函数的座标图； 图4是显示硅含量对1400℉拉伸延伸率的影响的座标图。 优选实施方案的描述 将5种五十磅的熔炼料(heat)VIM熔化、ESR重熔、锻造并在2150℉下热轧至0.188″的板材、冷轧至0.063厚的片材、并在2000℉下进行退火。 5种合金具有表I中所示的化学组成 表I.组成，重量％ 在1800℉下使用静态氧化测试对这些合金样品和214合金的商业熔炼料进行评价，并且使用受控加热速率拉伸(CHRT)测试来测量机械性能。指定受控加热速率测试作为查明合金对应变时效开裂的敏感性的手段。在中等范围延展性最小值下产生极低百分比延伸率的合金被认为更倾向于发生应变时效开裂。 表II和III中给出了测试结果。测试合金A至E的结果导致的结论是，合金E最佳地例示了具有接近我们所需性能的合金。例如，其拥有1)1800℉抗氧化性等于214合金，以及2)1400℉CHRT延展性是214合金的6倍。唯一主要不足是1400℉屈服强度(如CHRT测试中所测得)。其显著低于214合金(44.2ksi相对于71.9ksi)。 表II在流动空气中的1800℉氧化测试结果(1008小时)， 表III1400℉受控加热速率测试(CHRT)拉伸测试结果 将另外3种实验性熔炼料熔化并加工成片材，以便通过添加少量Vb族元素来细化晶粒尺寸从而开发改善1400℉屈服强度的方法。将这些实验性熔炼料加工成0.125″厚的片材，将该片材在2050℉下退火以便获得比实施例1的熔炼料更细的晶粒尺寸。在表IV中显示了这三种合金的标称组成。 表IV实验性熔炼料的本文档来自技高网...

【技术保护点】
可焊的高温抗氧化合金，其以重量％计的基本组成如下：２５％－３２％铁、１８－２５％铬、３．０－４．５％铝、０．２－０．６％钛、０．２－０．４％硅、０．２－０．５％锰、至多２．０－％的钴、至多０．５％的钼、至多０．５％的钨、至多０．０１％的镁、至多０．２５％的碳、至多０．０２５％的锆、至多０．０１％的钇、至多０．０１％的铈、至多０．０１％的镧、以及余量的镍与杂质，Ａｌ＋Ｔｉ含量为３．４％－４．２％，以及铬和铝的存在量使得Ｃｒ／Ａｌ比例为４．５－８。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：DL克拉斯托姆，SJ马修斯，VR伊什沃，
申请(专利权)人：海恩斯国际公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]