CN106435281B - 高持久强度镍基合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
公开了高持久强度镍基合金及其制备方法。基于质量百分比，该高持久强度镍基合金的成分包含：Cr 21％‑25％；Al 1.0％‑2.0％；Co 10.0％‑13.0％；Mo 5％‑9％；W 2％‑4％；C 0.03％‑0.06％；Ti 0.8％‑1.8％；Nb 0％‑2.0％；B 0.002％‑0.004％；Zr 0.03％‑0.1％；Mg 0.002％‑0.005％；S≤0.015％；P≤0.03％；Si≤0.5％；Cu≤1％；Fe≤2％；N≤0.01％；O≤0.01％；余量为Ni及不可避免的杂质。该高持久强度镍基合金可以满足高参数燃煤锅炉用材的使用要求。
Description
技术领域
本申请大体上属于合金材料领域，更具体地，本申请涉及镍基合金及其制备方法。
背景技术
燃煤发电占据我国电力生产总额的70％以上，并将在相当长时期内这种局面不会改变。燃煤发电消耗了大量的、不可再生的煤炭资源，并且产生大量有毒有害气体，严重影响人们的生存环境。燃煤发电机组在诞生之日起就不断改进，提高发电机组的蒸汽温度和蒸汽压力、提高工作效率、降低煤耗、减少排放是未来火力发电的重要发展方向。从世界火电机组用材料发展来看，作为关键部件的过热器、再热器管材采用镍基合金是未来发展的必然趋势，并且部分发达国家已经对此类材料开展了深入的研究工作，并取得了一定的成绩。由于过热器和再热器管材在使用过程中面临高温、高压、烟气腐蚀、水蒸气腐蚀等异常苛刻的工作环境，并且持久强度为最关键的性能指标，因此，以满足未来火电机组服役要求的具有高持久强度材料的研发势在必行。
概述
一方面，本申请涉及高持久强度镍基合金，基于质量百分比，其成分包含：Cr21％-25％；Al 1.0％-2.0％；Co 10.0％-13.0％；Mo 5％-9％；W 2％-4％；C 0.03％-0.06％；Ti 0.8％-1.8％；Nb 0％-2.0％；B 0.002％-0.004％；Zr 0.03％-0.1％；Mg0.002％-0.005％；S≤0.015％；P≤0.03％；Si≤0.5％；Cu≤1％；Fe≤2％；N≤0.01％；O≤0.01％；余量为Ni及不可避免的杂质。
另一方面，本申请涉及由高持久强度镍基合金制造的管材、型材、棒材或者板材，其中基于质量百分比，所述高持久强度镍基合金的成分包含：Cr 21％-25％；Al 1.0％-2.0％；Co 10.0％-13.0％；Mo 5％-9％；W 2％-4％；C 0.03％-0.06％；Ti 0.8％-1.8％；Nb0％-2.0％；B0.002％-0.004％；Zr 0.03％-0.1％；Mg 0.002％-0.005％；S≤0.015％；P≤0.03％；Si≤0.5％；Cu≤1％；Fe≤2％；N≤0.01％；O≤0.01％；余量为Ni及不可避免的杂质。
再一方面，本申请涉及制备高持久强度镍基合金的方法，所述方法包括：a)将物料加入真空感应坩埚内进行真空感应冶炼，从而得到真空锭；以及b)将所述真空锭放入电渣重熔炉内进行电渣重熔冶炼，从而得到所述高持久强度镍基合金，其中所述基于质量百分比，所述高持久强度镍基合金的成分包含：Cr 21％-25％；Al 1.0％-2.0％；Co10.0％-13.0％；Mo 5％-9％；W 2％-4％；C 0.03％-0.06％；Ti 0.8％-1.8％；Nb 0％-2.0％；B0.002％-0.004％；Zr 0.03％-0.1％；Mg 0.002％-0.005％；S≤0.015％；P≤0.03％；Si≤0.5％；Cu≤1％；Fe≤2％；N≤0.01％；O≤0.01％；余量为Ni及不可避免的杂质。
又一方面，本申请涉及制造管材、型材、棒材或者板材的方法，其包括：a)对物料进行真空感应冶炼和电渣重熔冶炼，以便得到电渣锭；b)对所述电渣锭进行均质化处理；c)对所述均质化电渣锭进行锻造或轧制；以及d)对所述锻造或轧制的电渣锭进行热挤压、冷轧和热处理，以便得到所述管材、型材、棒材或者板材，其中所述基于质量百分比，所述电渣锭的成分包含：Cr 21％-25％；Al 1.0％-2.0％；Co 10.0％-13.0％；Mo 5％-9％；W 2％-4％；C 0.03％-0.06％；Ti 0.8％-1.8％；Nb 0％-2.0％；B 0.002％-0.004％；Zr 0.03％-0.1％；Mg 0.002％-0.005％；S≤0.015％；P≤0.03％；Si≤0.5％；Cu≤1％；Fe≤2％；N≤0.01％；O≤0.01％；余量为Ni及不可避免的杂质。
详述
在以下的说明中，包括某些具体的细节以对各个公开的实施方案提供全面的理解。然而，相关领域的技术人员会认识到，不采用一个或多个这些具体的细节，而采用其它方法、部件、材料等的情况下仍实现实施方案。
除非本申请中另有要求，在整个说明书和所附的权利要求书中，词语“包括”、“包含”、“含有”和“具有”应解释为开放式的、含括式的意义，即“包括但不限于”。
在整个说明书中提到的“一实施方案”、“实施方案”、“在另一实施方案中”或“在某些实施方案中”意指在至少一实施方案中包括与该实施方案所述的相关的具体参考要素、结构或特征。因此，在整个说明书中不同位置出现的短语“在一实施方案中”或“在实施方案中”或“在另一实施方案中”或“在某些实施方案中”不必全部指同一实施方案。此外，具体要素、结构或特征可以任何适当的方式在一个或多个实施方案中结合。
定义
在本文中，“持久强度”系指金属材料、机械零件和构件抗高温断裂的能力。
在本文中，“外推持久强度”系指材料在固定温度及多种应力状态下(一般测试6个以上数据点)，试样最长测试时间超过10000h，而后多数据点数据采用L-M(Larson-Miller)法进行数据拟合，最终可外推出100000h强度数据。
在本文中，“均质化处理”系指作为提高锭坯的冶金质量及锻造或挤压性能的手段。
具体实施方案
一方面，本申请涉及高持久强度镍基合金，基于质量百分比，其成分包含：
Cr 21％-25％；
Al 1.0％-2.0％；
Co 10.0％-13.0％；
Mo 5％-9％；
W 2％-4％；
C 0.03％-0.06％；
Ti 0.8％-1.8％；
Nb 0％-2.0％；
B 0.002％-0.004％；
Zr 0.03％-0.1％；
Mg 0.002％-0.005％；
S≤0.015％；
P≤0.03％；
Si≤0.5％；
Cu≤1％；
Fe≤2％；
N≤0.01％；
O≤0.01％；
余量为Ni及不可避免的杂质。
在某些实施方案中，Cr是不可缺少的合金化元素，起到固溶强化、析出强化、抗氧化三方面作用。加入合金中的Cr引起合金γ基体晶格畸变，产生弹性应力场强化，使γ固溶体强度提高，起到固溶强化作用；溶解于γ固溶体的Cr能与C形成一系列碳化物，起到析出强化作用；Cr在γ基体中十分重要的作用使形成Cr2O3型氧化膜，使合金具有良好的抗氧化和抗腐蚀性能。对于镍基合金，当Cr含量低于21％时，合金的抗高温蒸汽氧化性能不能满足要求；但当Cr含量高于25％时，合金中会形成大块的Cr碳化物，恶化高温性能，因此，本申请的高持久强度镍基合金中Cr含量控制在21％-25％。
在某些实施方案中，Al是γ’-Ni3Al相基本组成元素，约80％形成Ni3Al，主要起到析出强化作用。当Al含量低于1.0％时，合金中γ’析出相的质量分数不足，析出强化作用不明显；但当Al含量高于2.0％时，会恶化合金热加工性能。因此，本申请的高持久强度镍基合金中Al含量控制在1.0％-2.0％。
在某些实施方案中，Co作为合金元素加入到合金中，可以降低基体的堆垛层错能，使交滑移更加困难，引起固溶强化。Co同时还降低Ti和Al在基体中的溶解度，从而增加γ’相沉淀强化相的数量，使析出强化作用增强。当Co含量低于10.0％时，元素固溶强化作用不明显；当Co含量高于13.0％时，一方面使合金制造成本增加，另一方面会使γ’析出相形貌发生变化，弱化析出其析出强化作用。因此，本申请的高持久强度镍基合金中Co含量控制在10.0％-13.0％。
在某些实施方案中，Mo是固溶强化元素，并能够提高合金高温持久性能。研究结果表明，当Mo含量高于9％时，合金抗烟气腐蚀性能明显降低；当Mo含量低于5％时，固溶强化作用不能完全发挥。因此，本申请的高持久强度镍基合金中Mo含量控制在5％-9％。
在某些实施方案中，W也是固溶强化元素，并能够提高合金高温持久性能，一般情况下与Mo元素同时添加，使两种元素强化作用充分发挥。但当W含量高于4％时，合金中会产生Laves有害相；当W含量低于2％时，固溶强化作用不能完全发挥；因此，本申请的高持久强度镍基合金中W含量控制在2％-4％。
在某些实施方案中，C起到固溶强化的作用，但是在镍基耐热合金中其作用主要是形成M23C6、M6C等碳化物。碳化物在合金晶界不连续析出，可以有效阻止晶界滑移及裂纹扩展，提高合金高温蠕变寿命及持久强度。当C含量过低时(即低于0.03％)，无法形成纳米级MoC析出物，弱化MoC的析出强化作用；但是，加入的C含量过高(即超过0.06％)，一方面，C会与合金中的Nb元素结合形成大量的一次NbC析出物，从而使性能降低；另一方面，过高的C含量会降低合金的焊接性；因此，本申请的高持久强度镍基合金中C含量控制在0.03％-0.06％。
在某些实施方案中，Ti加入合金中约有10％进入基体，起一定的固溶强化作用，约90％进入γ’相中，Ti原子可以替代γ’-Ni3Al中的Al原子，形成Ni3(Al,Ti)，起到强烈的析出强化作用，但是当Ti含量过高时(即超过1.8％)，高温时极易产生η有害相；当Ti含量过低时(即低于0.8％)，γ’析出物析出质量分数不能达到要求。因此，本申请的高持久强度镍基合金中Ti含量控制在0.8％-1.8％。
在某些实施方案中，一方面，Nb原子半径较Ni原子半径大15％-18％，并明显降低基体的堆垛层错能，起强烈的固溶强化作用；另一方面，对于γ’相析出强化型镍基合金，Nb溶于γ’相中，使析出相更加稳定。但是，Nb元素含量过高(即高于2％)，会与基体中的C结合，形成大块的一次碳化物和条带组织，并且降低合金可焊性。因此，本申请的高持久强度镍基合金中Nb含量控制在0％-2％。
在某些实施方案中，B是最广泛的晶界强化元素，可以改善晶界析出物形貌，提高耐热合金持久强度。研究结果表明，要获得最佳的持久强度，对于镍基耐热合金，B含量要控制在0.004％以内，过高会影响焊接性能；但是过低的B含量(即低于0.002％)对晶界析出物形貌的改善不起作用。因此，本申请的高持久强度镍基合金中B含量控制在0.002％-0.004％。
在某些实施方案中，Zr是晶界强化元素，可以防止有害元素在晶界的偏聚，提高晶界结合力。但是过高的Zr含量(即高于0.1％)会在晶界形成Zr的碳化物，对合金持久性能产生不利影响；过低的Zr含量(即低于0.03％)将无法起到作用。因此，本申请的高持久强度镍基合金中Zr含量控制在0.03％-0.1％。
在某些实施方案中，合金中加入一定量的Mg可以增加晶界强度，改善和细化晶界碳化物，但是其最主要的作用是与S元素相结合，显著改善合金热加工塑性，提高合金持久寿命。因此，根据本申请的高持久强度镍基合金中S的含量，Mg含量控制在0.002％-0.005％。
本申请的高持久强度镍基合金中S、P、Si、Cu、Fe、N、O均为有害元素，需按照要求严格控制。
在某些实施方案中，本申请的高持久强度镍基合金中2.0％≤Al+Ti≤3.0％。当Al+Ti低于2.0％时，γ’析出相析出质量分数低于15％，持久强度不满足要求；当Al+Ti高于3.0％时，合金的热加工性能恶化，易开裂。
在某些实施方案中，本申请的高持久强度镍基合金中(Al+Ti)/Nb≥1.2。当低于此配比时，一方面，由于Nb元素的介入，部分γ’相会转化为γ”相，使析出强化作用削弱；另一方面，过量的Nb会导致大量一次NbC析出物出现，影响合金韧性。
在某些实施方案中，本申请的高持久强度镍基合金中Al+Ti+Nb≤4.0％。当Al+Ti+Nb高于4.0％时，会引起合金热加工性能、持久韧性、焊接性能下降。
在某些实施方案中，本申请的高持久强度镍基合金中Ti/Al＝0.8-1.0。当Ti/Al小于0.8时，由Ti引入的γ’析出强化作用削弱，持久强度不足；当Ti/Al大于1.0时，在高温长期服役时，极易产生η有害相，持久韧性降低。
在某些实施方案中，本申请的高持久强度镍基合金中7％≤Mo+W≤11％。当Mo+W低于7％时，其固溶强化作用的贡献不能完全体现；当Mo+W高于11％时，材料的热变形抗力显著增加，造成锻造及挤压困难，并且组织中极容易形成碳化物条带，影响高温性能。
在某些实施方案中，本申请的高持久强度镍基合金的700℃-105h外推持久强度大于100MPa。
在某些实施方案中，本申请的高持久强度镍基合金的700℃-105h外推持久强度高达150MPa。
另一方面，本申请涉及由高持久强度镍基合金制造的管材、型材、棒材或者板材，其中基于质量百分比，所述高持久强度镍基合金的成分包含：
Cr 21％-25％；
Al 1.0％-2.0％；
Co 10.0％-13.0％；
Mo 5％-9％；
W 2％-4％；
C 0.03％-0.06％；
Ti 0.8％-1.8％；
Nb 0％-2.0％；
B 0.002％-0.004％；
Zr 0.03％-0.1％；
Mg 0.002％-0.005％；
S≤0.015％；
P≤0.03％；
Si≤0.5％；
Cu≤1％；
Fe≤2％；
N≤0.01％；
O≤0.01％；
余量为Ni及不可避免的杂质。
在某些实施方案中，能够由本申请的高持久强度镍基合金制造的管材、型材、棒材或者板材的示例性实例包括但不限于过热器管材、再热器管材、换热器管材、蒸汽管道、紧固件、高温箱体、高温阀体和支撑件。
又一方面，本申请涉及制造管材、型材、棒材或者板材的方法，其包括：
a)对物料进行真空感应冶炼和电渣重熔冶炼，以便得到电渣锭；
b)对所述电渣锭进行均质化处理；
c)对所述均质化电渣锭进行锻造或轧制；以及
d)对所述锻造或轧制的电渣锭进行热挤压、冷轧和热处理，以便得到所述管材、型材、棒材或者板材，
其中所述基于质量百分比，所述电渣锭的成分包含：
Cr 21％-25％；
Al 1.0％-2.0％；
Co 10.0％-13.0％；
Mo 5％-9％；
W 2％-4％；
C 0.03％-0.06％；
Ti 0.8％-1.8％；
Nb 0％-2.0％；
B 0.002％-0.004％；
Zr 0.03％-0.1％；
Mg 0.002％-0.005％；
S≤0.015％；
P≤0.03％；
Si≤0.5％；
Cu≤1％；
Fe≤2％；
N≤0.01％；
O≤0.01％；
余量为Ni及不可避免的杂质。
在某些实施方案中，能够用于本申请的制造管材的方法中的均质化处理的温度约为1200℃-1230℃，保温时间约为36h-48h。
在某些实施方案中，能够用于本申请的制造管材的方法中的锻造温度约为900℃-1220℃。
在某些实施方案中，能够用于本申请的制造管材的方法中的热挤压温度约为1180℃-1220℃。
在某些实施方案中，本申请的制造管材的方法中的冷轧包括两次冷轧。
在某些实施方案中，能够用于本申请的制造管材的方法中的热处理的示例性实例包括但不限于固溶热处理和时效处理。
在某些实施方案中，能够用于本申请的制造管材的方法中的固溶热处理的温度约为1120℃-1180℃，保温时间约为30min-60min。
在某些实施方案中，能够用于本申请的制造管材的方法中的时效处理的温度约为800℃-850℃，保温时间约为4h-12h。
在某些实施方案中，在本申请的制造管材、型材、棒材或者板材的方法中的电渣锭中，2.0％≤Al+Ti≤3.0％。当Al+Ti低于2.0％时，γ’析出相析出质量分数低于15％，持久强度不满足要求；当Al+Ti高于3.0％时，合金的热加工性能恶化，易开裂。
在某些实施方案中，在本申请的制造管材、型材、棒材或者板材的方法中的电渣锭中，(Al+Ti)/Nb≥1.2。当低于此配比时，一方面，由于Nb元素的介入，部分γ’相会转化为γ”相，使析出强化作用削弱；另一方面，过量的Nb会导致大量一次NbC析出物出现，影响合金韧性。
在某些实施方案中，在本申请的制造管材、型材、棒材或者板材的方法中的电渣锭中，Al+Ti+Nb≤4.0％。当Al+Ti+Nb高于4.0％时，会引起合金热加工性能、持久韧性、焊接性能下降。
在某些实施方案中，在本申请的制造管材、型材、棒材或者板材的方法中的电渣锭中，Ti/Al＝0.8-1.0。当Ti/Al小于0.8时，由Ti引入的γ’析出强化作用削弱，持久强度不足；当Ti/Al大于1.0时，在高温长期服役时，极易产生η有害相，持久韧性降低。
在某些实施方案中，在本申请的制造管材、型材、棒材或者板材的方法中的电渣锭中，7％≤Mo+W≤11％。当Mo+W低于7％时，其固溶强化作用的贡献不能完全体现；当Mo+W高于11％时，材料的热变形抗力显著增加，造成锻造及挤压困难，并且组织中极容易形成碳化物条带，影响高温性能。
再一方面，本申请涉及制备高持久强度镍基合金的方法，所述方法包括：
a)将物料加入真空感应坩埚内进行真空感应冶炼，从而得到真空锭；以及
b)将所述真空锭放入电渣重熔炉内进行电渣重熔冶炼，从而得到所述高持久强度镍基合金，
其中所述基于质量百分比，所述高持久强度镍基合金的成分包含：
Cr 21％-25％；
Al 1.0％-2.0％；
Co 10.0％-13.0％；
Mo 5％-9％；
W 2％-4％；
C 0.03％-0.06％；
Ti 0.8％-1.8％；
Nb 0％-2.0％；
B 0.002％-0.004％；
Zr 0.03％-0.1％；
Mg 0.002％-0.005％；
S≤0.015％；
P≤0.03％；
Si≤0.5％；
Cu≤1％；
Fe≤2％；
N≤0.01％；
O≤0.01％；
余量为Ni及不可避免的杂质。
在某些实施方案中，能够用于本申请的制备高持久强度镍基合金的方法中的真空感应冶炼主要包括熔化期、精炼期、合金化期、微合金化期四段步骤。
在某些实施方案中，能够用于本申请的制备高持久强度镍基合金的方法中，在真空感应冶炼的熔化期时，真空感应炉的功率保持在约300KW-350KW。
在某些实施方案中，能够用于本申请的制备高持久强度镍基合金的方法中，在真空感应冶炼的熔化期时，真空感应炉的真空度≤10Pa。
在某些实施方案中，能够用于本申请的制备高持久强度镍基合金的方法中，在真空感应冶炼的精炼期时，真空感应炉的功率保持在约250KW-300KW。
在某些实施方案中，能够用于本申请的制备高持久强度镍基合金的方法中，在真空感应冶炼的精炼期时，真空感应炉的真空度≤5Pa。
在某些实施方案中，能够用于本申请的制备高持久强度镍基合金的方法中，在真空感应冶炼的合金化期时，加入Al、Ti。
在某些实施方案中，能够用于本申请的制备高持久强度镍基合金的方法中，在真空感应冶炼的合金化期时，真空感应炉的功率保持在约150KW-200KW。
在某些实施方案中，能够用于本申请的制备高持久强度镍基合金的方法中，在真空感应冶炼的合金化期时，真空感应炉的真空度≤10Pa。
在某些实施方案中，能够用于本申请的制备高持久强度镍基合金的方法中，在真空感应冶炼的微合金化期时，加入微合金化元素B、Mg、Zr。
在某些实施方案中，能够用于本申请的制备高持久强度镍基合金的方法中，在真空感应冶炼的微合金化期时，真空感应炉的真空度约为33500Pa-40000Pa。
在某些实施方案中，能够用于本申请的制备高持久强度镍基合金的方法中，在真空感应冶炼的微合金化期时，真空感应炉的功率约为300KW-320KW。
在某些实施方案中，能够用于本申请的制备高持久强度镍基合金的方法中，电渣重熔冶炼的重熔渣采用CaF2+CaO+Al2O3+MgO+TiO2五元渣系。
在某些实施方案中，能够用于本申请的制备高持久强度镍基合金的方法中，电渣重熔冶炼的重熔速率约为4Kg/min-4.5Kg/min。
下文中，本申请将通过如下实施例进行详细解释以便更好地理解本申请的各个方面及其优点。然而，应当理解，以下的实施例是非限制性的而且仅用于说明本申请的某些实施方案。
实施例
实施例1
首先按照坩埚容量、目标合金成分中各元素种类及重量百分比准备合金物料，将物料(Al、Ti、B、Mg、Zr元素除外)加入(如无法全部装入，则剩余物料在熔化期中分批次加入)到真空感应炉坩埚内，而后开始真空感应冶炼。
真空感应冶炼主要分为熔化期、精炼期、合金化期、微合金化期四段步骤。其中，在熔化期时，真空感应炉功率保持在350KW，真空度≤10Pa(同时分批次加入除Al、Ti、B、Mg、Zr之外的剩余物料)；在精炼期时，真空感应炉功率保持在250-300KW，真空度≤5Pa；在合金化期时，加入Al、Ti，真空感应炉功率保持在150KW-200KW，真空度≤10Pa；在微合金化期时，首先真空感应炉停止送电，真空度保持在33500Pa，加入微合金化元素B、Mg、Zr后，送电功率300KW，搅拌1min后浇注真空锭。将真空锭与假电极焊接后，放入电渣重熔炉内，重熔渣采用CaF2+CaO+Al2O3+MgO+TiO2五元渣系，重熔速率保持在4Kg/min-4.5Kg/min，最终得到电渣锭(即目标高持久强度镍基合金)。所得到的电渣锭实际重量为960Kg。电渣锭成分质量百分配比为：22.1％Cr；1.35％Al；12.0％Co；6.5％Mo；3.0％W；0.05％C；1.2％Ti；0.5％Nb；0.004％B；0.06％Zr；0.002％Mg；0.0008％S；0.003％P；0.2％Si；0.2％Cu；0.3％Fe；0.004％N；0.001％O；余量为Ni及不可避免的杂质；其中Al+Ti＝2.55％；(Al+Ti)/Nb＝5.1；Al+Ti+Nb＝3.05％；Ti/Al＝0.89；Mo+W＝9.5％。
电渣锭均质化制度为1220℃/48h，锻造温度区间为1200℃-940℃，热挤压温度为1180℃，管材经两道次冷轧，最终固溶+时效热处理制度为：1150℃/40min水冷+820℃/480min水冷，最终成品管尺寸为：长6000mm，外径壁厚8mm。按照GB/T2039-2012《金属材料单轴拉伸蠕变试验方法》试验标准，成品管进行持久性能测试，其700℃-100000小时外推持久强度为146MPa。
实施例2
采用与实施例1相同的方法，得到电渣锭(即目标高持久强度镍基合金)。所得到的电渣锭实际重量为1010Kg。电渣锭成分质量百分配比为：21.7％Cr；1.3％Al；11.8％Co；6.0％Mo；3.1％W；0.05％C；1.15％Ti；0.2％Nb；0.004％B；0.05％Zr；0.002％Mg；0.0006％S；0.004％P；0.15％Si；0.12％Cu；0.2％Fe；0.003％N；0.0008％O；余量为Ni及不可避免的杂质；其中Al+Ti＝2.45％；(Al+Ti)/Nb＝12.25；Al+Ti+Nb＝2.65％；Ti/Al＝0.88；Mo+W＝9.1％。
电渣锭均质化制度为1230℃/48h，锻造温度区间为1180℃-950℃，热挤压温度为1190℃，管材经三道次冷轧，最终固溶+时效热处理制度为：1130℃/45min水冷+820℃/500min水冷，最终成品管尺寸为：长8000mm，外径壁厚10mm。按照GB/T2039-2012《金属材料单轴拉伸蠕变试验方法》试验标准，成品管进行持久性能测试，其700℃-100000小时外推持久强度为152MPa。
实施例3
采用与实施例1相同的方法，得到电渣锭(即目标高持久强度镍基合金)。所得到的电渣锭实际重量为990Kg。电渣锭成分质量百分配比为：22.3％Cr；1.5％Al；12.2％Co；5.5％Mo；2.8％W；0.06％C；1.3％Ti；1.1％Nb；0.004％B；0.05％Zr；0.0015％Mg；0.0005％S；0.004％P；0.18％Si；0.17％Cu；0.25％Fe；0.004％N；0.0009％O；余量为Ni及不可避免的杂质；Al+Ti＝2.8％；(Al+Ti)/Nb＝2.55；Al+Ti+Nb＝3.9％；Ti/Al＝0.87；Mo+W＝8.3％。
电渣锭均质化制度为1230℃/48h，锻造温度区间为1200℃-970℃，热挤压温度为1210℃，管材经二道次冷轧，最终固溶+时效热处理制度为：1150℃/35min水冷+830℃/450min水冷，最终成品管尺寸为：长6000mm，外径壁厚10mm。按照GB/T2039-2012《金属材料单轴拉伸蠕变试验方法》试验标准，成品管进行持久性能测试，其700℃-100000小时外推持久强度为154MPa。
从前述中可以理解，尽管为了示例性说明的目的描述了本发明的具体实施方案，但是在不偏离本发明的精神和范围的条件下，本领域所述技术人员可以作出各种变形或改进。这些变形或修改都应落入本申请所附权利要求的范围。
Claims (18)
1.高持久强度镍基合金，基于质量百分比，其成分包含：
Cr 21％-25％；
Al 1.0％-2.0％；
Co 10.0％-13.0％；
Mo 5％-9％；
W 2％-4％；
C 0.03％-0.06％；
Ti 0.8％-1.8％；
Nb 0％-2.0％；
B 0.002％-0.004％；
Zr 0.03％-0.1％；
Mg 0.002％-0.005％；
S≤0.015％；
P≤0.03％；
Si≤0.5％；
Cu≤1％；
Fe≤2％；
N≤0.01％；
O≤0.01％；
余量为Ni及不可避免的杂质,
其中所述的高持久强度镍基合金的700℃-105h外推持久强度高达150MPa。
2.如权利要求1所述的高持久强度镍基合金，其中2.0％≤Al+Ti≤3.0％。
3.如权利要求1所述的高持久强度镍基合金，其中(Al+Ti)/Nb≥1.2。
4.如权利要求2所述的高持久强度镍基合金，其中(Al+Ti)/Nb≥1.2。
5.如权利要求1至4中任一权利要求所述的高持久强度镍基合金，其中Al+Ti+Nb≤4.0％。
6.如权利要求5所述的高持久强度镍基合金，其中Al+Ti+Nb≤4.0％。
7.如权利要求1至4中任一权利要求所述的高持久强度镍基合金，其中Ti/Al＝0.8-1.0。
8.如权利要求5所述的高持久强度镍基合金，其中Ti/Al＝0.8-1.0。
9.如权利要求6所述的高持久强度镍基合金，其中Ti/Al＝0.8-1.0。
10.如权利要求1至4中任一权利要求所述的高持久强度镍基合金，其中7％≤Mo+W≤11％。
11.如权利要求5所述的高持久强度镍基合金，其中7％≤Mo+W≤11％。
12.如权利要求6所述的高持久强度镍基合金，其中7％≤Mo+W≤11％。
13.如权利要求7所述的高持久强度镍基合金，其中7％≤Mo+W≤11％。
14.如权利要求8或9所述的高持久强度镍基合金，其中7％≤Mo+W≤11％。
15.由权利要求1至14中任一权利要求所述的高持久强度镍基合金制造的管材、型材、棒材或者板材。
16.由权利要求15所述的高持久强度镍基合金制造的管材、型材、棒材或者板材包括过热器管材、再热器管材、换热器管材、蒸汽管道、紧固件、高温箱体、高温阀体和支撑件。
17.制备权利要求1至14中任一权利要求所述的高持久强度镍基合金的方法，其包括：
a)将物料加入真空感应坩埚内进行真空感应冶炼，从而得到真空锭；以及
b)将所述真空锭放入电渣重熔炉内进行电渣重熔冶炼，从而得到所述高持久强度镍基合金。
18.制造管材、型材、棒材或者板材的方法，其包括：
a)对物料进行真空感应冶炼和电渣重熔冶炼，以便得到电渣锭；
b)对所述电渣锭进行均质化处理；
c)对所述均质化电渣锭进行锻造或轧制；以及
d)对所述锻造或轧制的电渣锭进行热挤压、冷轧和热处理，以便得到所述管材、型材、棒材或者板材，
其中基于质量百分比，所述电渣锭的成分包含：
Cr 21％-25％；
Al 1.0％-2.0％；
Co 10.0％-13.0％；
Mo 5％-9％；
W 2％-4％；
C 0.03％-0.06％；
Ti 0.8％-1.8％；
Nb 0％-2.0％；
B 0.002％-0.004％；
Zr 0.03％-0.1％；
Mg 0.002％-0.005％；
S≤0.015％；
P≤0.03％；
Si≤0.5％；
Cu≤1％；
Fe≤2％；
N≤0.01％；
O≤0.01％；
余量为Ni及不可避免的杂质,
其中所述的管材、型材、棒材或者板材的700℃-105h外推持久强度高达150MPa。
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