CN104928535A - 一种火电汽轮机用gy200镍基高温合金 - Google Patents
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Abstract
一种火电汽轮机用GY200镍基高温合金，属于高温合金技术领域。该合金化学成分重量百分含量为：C：0.02～0.10％，Cr：20～25％，Co：13～18％，Al：1～2％，Ti：2.5～4.0％，Mo：3～5％，W：1～5％，B：0.005～0.010％，Zr：0.05～0.10％，Si：0.3Max，Ni：余量。优点在于，具有优良的室、高温综合力学性能，较高的持久蠕变强度以及组织稳定性，可作为700℃～750℃参数火电汽轮机机组相关部件的候选材料。
Description
技术领域
本发明属于高温合金技术领域，特别是提供了一种火电汽轮机用GY200镍基高温合金，可用于制备工作在700℃～750℃参数高温燃气或蒸汽腐蚀环境中的汽轮机部件。
背景技术
在现有工程技术领域，现有的火电汽轮机组的温度参数最高为600℃～650℃，为进一步提高火电机组的净效率，则需要进一步提高蒸汽温度参数到700℃及以上，而对于工作在700℃～750℃参数高温燃气或蒸汽腐蚀环境中的汽轮机部件，常规的耐热钢材料已不能满足其使用要求，这就需要采用具有良好高温蠕变性能以及良好耐蚀性能的镍基高温合金。700℃～750℃条件下长期服役对材料的长时力学性能、组织稳定性和长期持久蠕变性能要求较高，相关高温材料的研发对我国发展700℃～750℃参数的超超临界火电汽轮机具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种火电汽轮机用GY200镍基高温合金，可在700℃～750℃参数高温燃气或蒸汽腐蚀环境中长期服役的镍基高温合金。其在700℃和750℃高温下能维持其良好的蠕变强度，并在长期时效过程中具有较好的室、高温综合力学性能和组织稳定性。
本发明的化学成分重量百分含量为：C：0.02～0.10％，Cr：20～25％，Co：13～18％，Al：1～2％，Ti：2.5～4.0％，Mo：3～5％，W：1～5％，B：0.005～0.010％，Zr：0.05～0.10％，Si：0.3Max，Ni：余量。
镍基合金强化方式主要有固溶强化、沉淀强化和晶界强化三种形式，通常通过加入10多种大量元素以及微量元素来达到各强化目的。其中Co，Cr，W，Mo主要起固溶强化作用，同时也是碳化物形成元素；Al和Ti主要形成镍基合金中的最主要沉淀强化相γ′相；对于微量B、Zr、稀土以及碱土元素，一般认为加入这些元素可改善了晶界状态，具有强化晶界作用。通过添加适量的合金元素可获得良好的强韧性匹配。
实验研究表明本发明设计成分内的GY200试验料的长时室、高温综合力学性能，组织稳定性以及持久蠕变性能可满足700～750℃参数超超临界火电汽轮机机组相关部件对备选材料的设计要求，可作为我国700～750℃超超临界火电汽轮机机组相关部件的备选材料。
附图说明
图1为700℃持久强度-持久寿命曲线。
图2为750℃持久强度-持久寿命曲线。
具体实施方式
实施实例1：
按上述合金范围冶炼了3炉GY200试验料，化学成分见表1。热处理工艺选择：1080℃×4hAC+845℃×4hAC+760℃×16hAC，热处理后进行了对各试验料的室、高温力学性能进行测试。
表1本发明实施实例1的化学成分，wt％
| 序号 | C | Si | Cr | Al | Ti | Mo | Co | W | B | Zr | Ni |
| 1# | 0.051 | 0.12 | 21.64 | 1.40 | 3.184.1 | 5 | 13.54 | 1.12 | 0.0068 | 0.072 | 余 |
| 2# | 0.053 | 0.12 | 21.68 | 1.30 | 1.96 | 4.17 | 13.74 | 1.91 | 0.0061 | 0.069 | 余 |
| 3# | 0.053 | 0.11 | 21.40 | 1.38 | 2.97 | 4.25 | 13.46 | 3.53 | 0.0065 | 0.071 | 余 |
室温力学性能见表2，可见各试验料具有较好的室温强度、塑性和韧性，室温综合力学性能优良。
表2本发明实施实例1的室温力学性能
| 序号 | Rm/MPa | Rp0.2/MPa | A/％ | Z/％ | AKV2/J | 硬度/HB |
| 1# | 1346 | 839 | 26 | 26 | 23 | 408.5 |
| 2# | 1308 | 810 | 29.5 | 32 | 35 | 395.5 |
| 3# | 1311 | 817 | 21.0 | 20 | 26 | 379.6 |
对三炉GY200试验料进行了650℃、700℃、750℃、800℃以及850℃的高温拉伸性能测试，测试结果见表3。由表3可见，三炉GY200试验料高温强度优良，700℃时的屈服强度甚至高于650℃时的屈服强度，故GY200的最佳使用温度为700℃。
表3高温力学性能
试验材料为实施实例1中的2#试验料，对试验料在700℃下进行了长期时效，时间为100h、600h、1000h、2000h和5000h，测试了不同时间时效后的试样的室温力学性能和高温力学性能，测试结果见表4和表5。由表4和表5可见，在700℃长期过程中GY200保持了较高的室、高温强度，且随着时效时间的延长有逐渐增加趋势，说明在700℃长期时效过程中GY200会逐渐强化，而塑韧性没有明显降低趋势，说明长期时效过程中未出现大量有害相，故其组织稳定性较好。
表4 700℃长期时效后室温力学性能
| 编号 | 700℃时效时间/h | Rm/MPa | Rp0.2/MPa | A/％ | Z/％ | 冲击AKV2/J | 硬度/HB |
| 2#-1 | 100 | 1273 | 811 | 22.5 | 22 | 28 | 402 |
| 2#-2 | 600 | 1248 | 823 | 19.5 | 22 | 26 | 408 |
| 2#-3 | 1000 | 1256 | 870 | 20 | 18 | 22 | 415 |
| 2#-4 | 2000 | 1256 | 875 | 21 | 18 | 20 | 412 |
| 2#-5 | 5000 | 1336 | 885 | 21.5 | 21 | 21 | 418 |
表5 700℃长期时效后高温力学性能
| 编号 | 700℃时效时间/h | Rm/MPa | Rp0.2/MPa | A/％ | Z/％ |
| 2#-1 | 100 | 1110 | 780 | 30.5 | 32.5 |
| 2#-2 | 600 | 1120 | 782 | 32.0 | 28.0 |
| 2#-3 | 1000 | 1110 | 778 | 28.0 | 26.5 |
| 2#-4 | 2000 | 1140 | 785 | 31.5 | 31.5 |
| 2#-5 | 5000 | 1145 | 810 | 24.5 | 29.5 |
试验材料为实施实例1中的2#试验料，对试验料进行了700℃和750℃的持久蠕变试验，测试结果见表6。
表6 700℃和750℃的持久蠕变试验
对测试结果进行了在双对数坐标下进行非线性拟合并外推GY200在700℃和750℃下持续10万小时的持久强度，曲线拟合见图1和图2。由图1和图2可见，外推10万小时后，GY200具有较高的持久强度，700℃和750℃的10万小时的持久强度分别约195Mpa和130Mpa，高于700℃～750℃参数火电机组汽轮机材料“10万小时大于100MPa”的设计要求。
综上，GY200具有优良的室、高温综合力学性能，较高的持久蠕变强度以及组织稳定性，可作为700℃～750℃参数火电汽轮机机组相关部件的候选材料。
Claims (1)
1.一种火电汽轮机用GY200镍基高温合金，其特征在于，化学成分重量百分含量为：C：0.02～0.10％，Cr：20～25％，Co：13～18％，Al：1～2％，Ti：2.5～4.0％，Mo：3～5％，W：1～5％，B：0.005～0.010％，Zr：0.05～0.10％，Si：0.3Max，Ni：余量。
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| CN201510363993.3A CN104928535A (zh) | 2015-06-26 | 2015-06-26 | 一种火电汽轮机用gy200镍基高温合金 |
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| CN201510363993.3A CN104928535A (zh) | 2015-06-26 | 2015-06-26 | 一种火电汽轮机用gy200镍基高温合金 |
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| CN103060616A (zh) * | 2012-12-25 | 2013-04-24 | 钢铁研究总院 | 一种镍基耐热合金 |
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| CN103898371A (zh) * | 2014-02-18 | 2014-07-02 | 上海发电设备成套设计研究院 | 700℃等级超超临界燃煤电站用镍基高温合金及其制备 |
| WO2014142089A1 (ja) * | 2013-03-12 | 2014-09-18 | 株式会社東北テクノアーチ | 耐熱性Ｎｉ基合金及びその製造方法 |
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