本發明專利技術屬于金屬結構材料領域，具體為一種高強耐蝕鎳鐵鉻基高溫合金及其制備方法，該合金材料的主要特征在于合金的成分(重量%)范圍為:Fe20-30%，Cr?19-25%，Al?0.5-2.5%，Ti?1.0-2.5%，Nb≤2%，Mo≤2%，W≤2%，Ta≤1%，Si≤0.5%，Mn≤1.0，Cu≤0.5，C≤0.05%，B≤0.01%，Zr≤0.03%，其余為Ni。本發明專利技術合金抗蒸汽和抗煙氣腐蝕能力強；形成彌散分布的有序強化相，γ′相(Ni3(Al,Ti)),來提高其高溫強度;在不影響合金結構穩定性、抗蝕能力和高溫強度的基礎上，盡量提高Fe含量來改善其熱加工性，降低成本。與現有技術比較，材料成本低，具有優異的高溫強度、熱加工性能和耐熱腐蝕性能，尤其在高溫、高壓、超臨界水蒸汽和腐蝕煙氣條件下使用時，其性價比優于現有合金。本發明專利技術合金可加工成管材、板材、棒材、絲材。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于金屬結構材料領域，涉及。
技術介紹
按照國家制訂的2020年電力發展規劃，我國發電裝機容量將從目前的4億千瓦增加到2020年9億千瓦，其中燃煤機組將達到5. 8億千瓦，占64. 4%。燃煤發電是通過產生高溫高壓的水蒸氣來推動汽輪機發電的，蒸汽的溫度和壓力越高，發電的效率就越高。目前， 國際上燃煤發電的水蒸氣壓力已經達到27 32MPa左右，蒸汽溫度為566 600°C，熱效率可以達到42 45%，稱為超超臨界機組(A-USC)。超超臨界燃煤發電技術的下一個目標是利用700°C /壓力達35MPa及以上的蒸汽來發電。與600°C超超臨界發電技術相比，700°C 超超臨界燃煤發電技術的供電效率將提高至50%，每千瓦時煤耗可再降低近70克，二氧化碳排放減少14%。過熱器和再熱器是超超臨界燃煤發電鍋爐中承擔將燃煤產生的熱轉化為高溫高壓水蒸氣的關鍵部件，它外側要抗燃煤的煙氣腐蝕、內側要抗超臨界水的氧化腐蝕，同時還要承受高溫高壓，是整個超超臨界系統中工作環境最為惡劣，性能要求較高的部件。在 700°C超超臨界燃煤發電系統中，水蒸氣的溫度達700°C/壓力達35MPa以上，這就要求其過熱器和再熱器高溫端的材料必須在750°C /IOOMPa的服役條件下能安全使用10萬小時以上。600°C超超臨界發電技術中被廣泛使用的600°C和625°C兩個溫度等級的先進鐵素體鋼、奧氏體鋼以及一些 N1-Fe 基材料，如 P91/T92、P122、SAVE25、NF709R、Sanicro25、 HR3C等，由于缺乏足夠的抗氧化性和高溫強度，無法用作700度A-USC中的過熱器和再熱器材料。另外，一些改進型N1-Fe 基合金，如G110 (Fe 基-20Cr_l· 5Mo_l. 5W-1. 8Nb_l. 5T1-1. 5T1-35Ni)、180-30祖-3恥、6!12984(卩6基-190-2· 3Mo_l. 3Nb_lT1-Al_42Ni)、HR6W(Fe 基-23Cr-6W-l. 3Nb_lMn_43Ni)等通過固溶和沉淀強化，提高合金的高溫強度。如鋼鐵研究總院開發的GllO和中科院金屬所開發的GH2984，通過在Fe-Ni基合金中加入固溶強化元素和引入第二沉淀相強化，使開發的合金在700°C 10萬小時持久強度外推值達lOOMPa。但還達不到750°C /IOOMPa的服役要求。目前普遍認為，700°C超超臨界燃煤發電系統中過熱器和再熱器必須使用Ni基高溫合金，如 Haynes230 (Ni 基-22Cr-2Mo-14W_Al- (Fe<3. O))、nconel740 (Ni 基一23Cr-20Co-0.6Mo-2Nb-l. 7T1-Al-(Fe〈l. 0))、Inconel617 (Ni 基-22Cr-12Co-9Mo-2Nb-lAl_T1-(Fe〈2. 5 ))和 Nimonic263(Ni 基一20Cr-20Co-6Mo-2T1-Al-(Fe〈L0))等及其改進型合金。這類合金通常為鎳基，含有較高的貴金屬元素如鈷、鑰、鎢以提高固溶強化效果，結合導入沉淀強化相進一步提高合金的高溫強度，同時添加較高的Cr和Al量，使合金具有良好的抗煙氣/ 水蒸氣腐蝕能力。目前，這類合金的高溫強度已 可以滿足750°C/IOOMPa的服役要求。但這類合金組織結構復雜，在高溫高壓下長時間服役過程中會出現組織不穩定的現象，從而導致性能下降。另外，這類合金熱成形性差，難以制成超超臨界所需的大型部件，價格昂貴等也限制了它們的使用。因此，研發出熱強度高、抗超臨界煙氣氧化腐蝕和高溫汽水介質腐蝕、可焊性和工藝性良好、價格低廉的材料，成為實現700°C超超臨界燃煤發電技術的關鍵技術問題之一。
技術實現思路
本專利技術的目的是針對現有的鎳基高溫合金材料存在的熱成形性差、價格昂貴等缺點，提出了一種成分設計合理，高溫強度和抗蝕性能優異，加工性能和性價比好的高強耐蝕鎳鐵鉻基高溫合金及其制備方法。為達到上述目的，本專利技術高強耐蝕鎳鐵鉻基高溫合金按重量百分比含20 30%的 Fe，19 25% 的 Cr，0. 5 2. 5% 的 Al，1. 0 2. 5% 的 Ti，≤ 2% 的 Nb，≤ 2% 的 Mo，≤ 2%的 W，≤ 1% 的 Ta，≤ 0. 5% 的 Si，≤1. 0% 的 Mn，≤ 0. 5% 的 Cu，≤ 0. 05% 的 C，≤ 0. 01% 的 B，(0. 03%的Zr，余量為Ni。所述的Fe的重量百分比為20-25%。所述的Cr的重量百分比為20-23%。所述的Al的重量百分比為1. 0-2. 0%。所述的Ti的重量百分比為1. 5-2. 5%。所述的Nb的重量百分比為1. 0-2. 0%。所述的Mo的重量百分比為0. 5-1. 0%。所述的W含量彡1. 0%。本專利技術高強耐蝕鎳鐵鉻基高溫合金的制備方法，包括以下步驟步驟1:按重量百分比將20 30%的Fe，19 25%的Cr，0. 5 2. 5%的Al，1. 0 2. 5% 的 Ti，≤ 2% 的 Nb，≤ 2% 的 Mo，≤ 2% 的 W，≤ 1% 的 Ta，≤ 0. 5% 的 Si，≤1. 0% 的 Mn，≤0. 5%的Cu，≤ 0. 05%的C，≤ 0. 01%的B，≤ 0. 03%的Zr，余量為Ni加入到真空感應爐中熔煉、澆鑄成母合金錠；步驟2 :將母合金錠在1150_1200°C均勻化20-40小時；步驟3 :將均勻化后的母合金錠在1000-1150°C進行熱變形；步驟4 :將熱變形后的合金在950_1150°C進行1-4小時固熔處理后空冷，然后再在650-850°C進行10-24小時處理后空冷得到高強耐蝕鎳鐵鉻基高溫合金。按本專利技術的的方法制備的高強耐蝕鎳鐵鉻基高溫合金為雙相結構基體是無序面心結構的奧氏體(Y)，奧氏體中彌散分布著有序結構的Y ' (Ni3(Al1Ti)), Y '相的體積分數為10-20%，尺寸為30-80nm，在750°C時的屈服強度大于600MPa，變形率大于15%。本專利技術的合金適用于在高溫、高壓、超臨界水蒸汽和腐蝕煙氣條件下工作的部件，如700°C超超臨界燃煤發電機組(A-USC)中的過熱器和再熱器等。根據700°C超超臨界燃煤發電系統中過熱器和再熱器高溫端的服役狀況和現有高溫材料的性能特征，本專利技術采用時效析出沉淀強化為主、固溶強化為輔的綜和性強化手段使合金達到服役要求的高溫強度；同時，本專利技術合金不含有價格較高的貴金屬元素鈷，鑰和鎢的含量也很低；在保持Ni基高溫合金組織結構特征的基礎上，在合金中添加盡量多的鐵元素以提高設計合金的熱加工性，降低合金的成本；在合金中添加足夠高的Cr和Al元素以提高本專利技術合金的抗蝕能力。本專利技術的有益效果是合金中含有較高的Cr和Al以提高其抗蒸汽和抗煙氣腐蝕能力；利用Ti和Al等在奧氏體基體中形成彌散分布的有序強化相，Y /相(Ni3(Al，Ti))， 來提高其高溫強度；在不影響合金結構穩定性、抗蝕能力和高溫強度的基礎上，盡量提高 Fe含量來改善其熱加工性，降低合金的成本；合金中不含有價格較高的貴金屬元素鈷，鑰和鎢的含量也很低。附圖說明圖1是本專利技術實施例1制備的高強耐蝕鎳鐵鉻基高溫合金的組織特征。具體實施方式下本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種高強耐蝕鎳鐵鉻基高溫合金，其特征在于：按重量百分比含20～30%的Fe，19～25%的Cr，0.5～2.5%的Al，1.0～2.5%的Ti，≤2%的Nb，≤2%的Mo，≤2%的W，≤1%的Ta，≤0.5%的Si，≤1.0%的Mn，≤0.5%的Cu，≤0.05%的C，≤0.01%的B，≤0.03%的Zr，余量為Ni。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：谷月峰，范長信，賈建民，
申請(專利權)人：西安熱工研究院有限公司，
類型：發明
國別省市：
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