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宝钢技术
2015年第3期
马弗炉用镍基合金高温性能研究
徐文亮,马天军',孙朝阳
(1.宝山钢铁股份有限公司,上海200940;2.北京科技大学,北京100083
摘要:在不同试验条件下此较不同镍基耐热合金的耐高温氧化及抗碳化性能,分析不同成
分体系对镍基耐热合金长期高温性能的影响。研究表明,Al、Ni及Cr含量相对高的合金易形
成氧化物保护膜,阻碍物质的扩散,从而提高了材料的抗高温氧化性能,同时,提高有利于晶界
结合力的微量元素含量有助于提高合金的长期抗氧化、渗碳、端变等高温性能。
关键词:高温氧化;渗碳;耐热合金;马弗炉
中图分类号:TG146,1文献标志码:B文章编号:1008-0716(12015)03-00206~04
doi:10.3969/j-isn.-1008-0716.2015.03.005
Study on high temperature properties of nickel base
alloy in muffle furnace
XU Wenliang MA Tianjun and SUN Chaoyan
(1. Baoshan Iron Steel Co, Ltd. Shanghai 200940, China
2. University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China
Abstract Under different test conditions, the high-temperature oxidation and carbonation
resistance properties was studied among the various kinds of heat resistant nickel base alloy, and the
effect of different composition structure on the long-term high temperature properties was analyzed
Research showed that relatively high content of Al, Ni and Cr had obvious influenced on the high
temperature long-term oxidation resistance, carbonation and creep properties. Because high contcnt
of AL, Ni. Cr and other microelements was beneficial to form oxide film. hinder the diffusion and
improve binding force of grain boundary.
Key words; high temperature oxidation; carburizing; heat-resistant alloy; muffle furnace
镍基高温合金其有优异的力学性能,尤其是的耐长期高温能力共有重要意义。
优良的高温持久强度及抗氧化性,通常作为工业
木文着重研究了不同合金体系对长期高温性
生产设备中耐长期高温的首选材料。带马弗管的能的影响规律,特别是材料的抗高温氧化及工作
立式光亮退火炉是生产不锈钢高档产品BA板的气氛中的抗渗碳能力,并对其产生的机理及对长
关键设备,炉中马弗管尺寸、质量大,工作条件恶期时效包括蠕变等性能进行了讨论,为高温设备
劣(1095~1150℃长时问使用),对材料有很高选材提供了理论依据
的抗长期高温性能,在高温自重条件的长时间作
用下马弗管运行过程中会产生多种缺陷(如翁1试验方法
颈、截面变形、鼓包等),因此研究此类镍基合金1.1试验材料
为比较不同成分体系对合金耐高温性能的影
响程度,选取常见的两种镍基耐热合金的成分体
徐文亮研究员1979年生2005年毕业于西安建筑科技大学
系进行试验并比较,在实验室中热轧成20mm厚
现从事材料研发电话26032512
F-iuailxuw](@baosteel.com
度的钢板,其成分范围如表1所示
徐文亮等马弗炉用镍基合金高温性能研究
表1试验样品的化学成分
Table I Chemical composition of experimental alloy
试样
≤0.10
≤0.5
≤1.0
≤0.015
23
0.004
余量
≤0.10
≤0.5
≤1.0
≤0.015
0.8
1.2试验方案
生差异的机理,得出适于马弗炉具体使用工况的
高温氧化试验所用加热炉为箱式加热炉合金体系。同时,对目标合金的长期使用性能进
(1095℃)和管式加热炉(1150℃),如图1所行试验评估,预判其实际使用的服役效果。
示。试验前将试样在坩埚中称重。将试样加热到2试验结果和分析
到加热炉中,重复操作使总加热时间达400h。2.1高温氧化试验结果
同样的方法,将加热温度升高到1150℃进行试
两种对比耐热合金主要的成分特点在于N
验,总加热时间达300h。
含量以及Al、Cr含量的不同,1“合金Ni及Cr含
量较高,同时含有较高的Al,为强化晶界添加微
量B;2合金Ni含量较低,同时Cr、AI含量较1
合金稍低。两种合金在不同试验温度下的抗氧化
性能如图2所示,从中可以看出,1"合金的抗高温
氧化性能比2“合金有较大幅度的提高,且随着温
度升高,材料的抗氧化性能降低,试验温度为
1150℃的质量变化量明显増加。由于在1150℃,
150
2“合金已丧失了抗氧化能力,造成试样严重破坏,
(a)箱式加热炉
(b)管式加热炉
不能统计其氧化增重变化,因此图2(b)中仅有1
合金的氧化曲线。
图1高温氧化试验所用加热炉
高温氧化后试样的表面形貌如图3所示。试
Fig. I Heating furnace with high temperature
样表面都生成了一层致密的氧化膜,但2“合金在
oxidation lest
1150℃氧化后试样破坏严重,证明其丧失了在
渗碳试验设备为密闭管式加热炉,将所有试该温度下的抗氧化能力。
样称重后放到2%甲烷+98%氢气气氛的加热炉
图2显示增重曲线分为两个阶段:快速氧化
中,加热到925和980℃,保持加热温度不变阶段(0~25h)和稳态氧化阶段。快速氧化阶段
100h后称重。
试样增重迅速,加热25h后1合金的增重为1.36
试验完成后观察试样表面形貌,并对其在不mg/cm2,2"合金的增重为5.72mg/cm3,为前者的
同温度下的氧化及渗碳规律进行比较,分析其产3~4倍。稳态氧化阶段,试样增重曲线趋于平
8.0
3.4
7.0
∈3.2
3.0
5.0
4.0
2.8
2.4
2
1.0
2.0
50100150200250300350400450
50100150200250300
氧化时间/h
氧化时间/h
(a