CN108330334A - 一种火电机组用高温合金及其制造方法 - Google Patents

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任维彬
周欢
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Abstract

本发明涉及一种火电机组用高温合金，其包括以下重量百分比组分：0.01≤C≤0.05％、S≤0.01％、P≤0.01％、0.1≤Si≤0.2％、Cr26.0‑28.0％、Co14.0‑17.0％、Mo6.0‑8.0％、Nb1.0‑2.0％、Al1.0‑1.5％、Ti1.2‑1.8％、W0.5‑0.8％、B0.005‑0.01％、Zr0.001‑0.02％、Ba0.001‑0.05％、Ca0.001‑0.05％、Mg0.001‑0.05％、稀土0.001‑0.05％、Mn≤0.5％、V≤0.3％、Cu≤0.1％、N≤0.02％、Fe≤1.0％，余量为Ni。该高温合金耐持久性和高温蠕变性能好。

Description

一种火电机组用高温合金及其制造方法
技术领域
本发明属于高温合金材料技术领域，具体涉及一种火电机组用高温合金及其制造方法。
背景技术
提高燃煤火力发电机组的热效率并降低碳的排放量，是当今世界解决能源短缺和环境污染问题的主要研究方向。已有研究表明，提高火电厂锅炉的蒸汽参数可有效地提高火力发电机组的热效率，但蒸汽参数的提高，对汽轮机转子用高温合金材料蠕变、疲劳、高温氧化与腐蚀等性能都提出了更加苛刻的要求。
先进的耐热钢是推动火力发电技术进步的重要基础。亚临界、超临界及超超临界火力发电技术的应用，都是在耐热钢技术进步的基础上而实现的。目前在超临界机火电机组汽轮机转子材料中用的铁素体耐热钢和奥氏体不锈耐热钢，如新型9-12Cr系铁素体耐热钢，TP304H、TP347H和Super304H等奥氏体耐热钢都不能满足700℃及以上超超临界火电机组汽轮机转子材料的设计要求。
镍基高温合金有良好的高温抗氧化和抗腐蚀能力，具有较高的高温强度、蠕变强度和持久强度，同时兼顾良好的抗疲劳性能，因此成为700℃以上超超临界火电机组汽轮机转子用的一种理想材料。
发明内容
本发明主要提供了一种火电机组用高温合金及其制造方法，制备的高温合金可以满足700℃以上超超临界火力发电机组对汽轮机转子材料的要求，耐持久性和高温蠕变性能好。其技术方案如下：
一种火电机组用高温合金，其包括以下重量百分比组分：0.01≤C≤0.05％、S≤0.01％、P≤0.01％、0.1≤Si≤0.2％、Cr 26.0-28.0％、Co 14.0-17.0％、Mo 6.0-8.0％、Nb1.0-2.0％、Al 1.0-1.5％、Ti 1.2-1.8％、W 0.5-0.8％、B 0.005-0.01％、Zr 0.001-0.02％、Ba 0.001-0.05％、Ca 0.001-0.05％、Mg 0.001-0.05％、稀土0.001-0.05％、Mn≤0.5％、V≤0.3％、Cu≤0.1％、N≤0.02％、Fe≤1.0％，余量为Ni。
优选的，所述稀土元素为镧、铈、钇元素中的一种或几种。
优选的，合金晶粒度级别为2-5级。
一种火电机组用高温合金的制造方法，所述工艺包括冶炼、均匀化处理、锻造及热处理步骤。
优选的，所述冶炼具体的为，采用真空感应炉、电渣重熔和真空自耗三联冶炼工艺。
优选的，所述均匀化处理具体的为，铸锭均匀化退火温度为1200±15℃，保温30-150小时。
优选的，所述锻造具体的为，铸锭开坯和热塑性变形采用软包套技术锻造，锻造温度为1000-1200℃，变形速率为0.001-0.02s-1。
优选的，所述热处理包括固溶处理和时效预处理两个过程，其中固溶处理温度为1080-1200℃，保温1-5小时后水冷；时效预处理温度为700-800℃，保温5-30小时后空冷。
本发明合金采用多元素复合强化及选择性强化理论，全面优化并设计合金成分，尽量避免长时效下有害相的生成，一方面通过稀土、钴、钼、钨、铌元素的合理添加来实现合金固溶强化效果的最优化，通过添加稀土、钡、钙和镁等元素来减少晶界缺陷，降低晶界扩散速率，提高晶界结合力，同时，稀土、钡、钙和镁还能富集于晶界，能减少S、P等杂质元素在晶界的偏聚，改善晶界结构，提高晶界强度，达到晶界强化的效果，从而提高合金的高温蠕变性能和持久强度；另一方面，加入的铌、钒、铜和锆等合金元素还能起到沉淀析出强化和位错强化的效果，提高本合金的高温强度和塑性。再有，通过控制钛、铝和铌等元素的含量和配比来控制γ'的含量，以达到固溶强化和时效强化的最佳匹配效果；同时，严格控制碳、铬和钼的含量以控制合金晶界碳化物的形态，以此来提高合金的晶界强度和韧性。
采用上述方案，本发明具有以下优点：
本发明高温合金充分利用了多元素复合强化机理，结合镍基高温合金的研究基础，通过添加固溶强化元素及沉淀析出型等元素的匹配及精确控制来进一步提高本发明合金的强度，并充分发挥冶金强化作用，提高本合金材料在高温下的晶界强度、韧性和高温耐持久强度。上述合金成分设计及开发与热处理工艺相结合，使本发明合金在700℃及以上具有优良的室温强度及高温持久性能，室温抗拉强度可高达1290MPa，室温冲击功可达96J，伸长率和延伸率都高于30％，可用作700℃以上超超超临界火电机组汽轮机转子、各种燃烧器及耐热器等高温部件。
附图说明
图1为实施例3-9制造的高温合金和对比例1-3制备的合金在750℃时不同时间状态下的拉伸强度图。
具体实施方式
以下实施例中的实验方法如无特殊规定，均为常规方法，所涉及的实验试剂及材料如无特殊规定均为常规生化试剂和材料。
实施例1-13
实施例1-13中高温合金的成分见表1所示。高温合金的具体制造方法如下：
(1)冶炼：采用真空感应炉+电渣重熔+真空自耗三联工艺，使合金铸锭纯净度高，组织均匀和致密；
(2)铸锭均匀化处理：铸锭均匀化退火温度1200±15℃，保温30-150小时；
(3)铸锭锻造：铸锭开坯和热塑性变形采用软包套技术锻造，锻造温度控制为1000-1200℃，变形速率为0.001-0.02s-1；
(4)铸锭热处理：包括固溶处理和时效预处理两个过程：固溶处理温度为1080-1200℃，保温1-5小时后水冷；时效预处理温度为700-800℃，保温5-30小时后空冷；合金热处理工艺后晶粒度级别为2-5级。
对比例1-3
欧洲转子候选材料263、617和625三种高温合金成分，依次标注为对比例1-3，其成分见表1所示。对比试验均在相同的力学性能和抗高温氧化性能等试验条件下进行。
表1实施例1-13和对比例1-3合金的化学成分(wt％)
(表1续)
性能测定
分别对实施例1-13所述的合金和对比例1-3的合金力学性能、持久寿命、冲击韧性等进行对比试验，具体结果见下表2-5。
表2实施例1-13制备的高温合金和对比例1-3合金的室温力学
性能
表3实施例1-13制备的高温合金和对比例1-3合金在750℃不同应力条件下的持久寿命(h)
表4实施例1-13制备的高温合金和对比例1-3合金在750℃时效不同时间后的高温力学性能
表5实施例1-13制备的高温合金和对比例1-3合金在750℃时效不同时间后的室温冲击韧性
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种火电机组用高温合金，其包括以下重量百分比组分：0.01≤C≤0.05％、S≤0.01％、P≤0.01％、0.1≤Si≤0.2％、Cr 26.0-28.0％、Co 14.0-17.0％、Mo 6.0-8.0％、Nb1.0-2.0％、Al 1.0-1.5％、Ti 1.2-1.8％、W 0.5-0.8％、B 0.005-0.01％、Zr 0.001-0.02％、Ba 0.001-0.05％、Ca 0.001-0.05％、Mg 0.001-0.05％、稀土0.001-0.05％、Mn≤0.5％、V≤0.3％、Cu≤0.1％、N≤0.02％、Fe≤1.0％，余量为Ni。
2.根据权利要求1所述的火电机组用高温合金，其特征在于：所述稀土元素为镧、铈、钇元素中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的火电机组用高温合金，其特征在于：合金晶粒度级别为2-5级。
4.一种权利要求1所述的火电机组用高温合金的制造方法，其特征在于：所述工艺包括冶炼、均匀化处理、锻造及热处理步骤。
5.根据权利要求4所述的火电机组用高温合金的制造方法，其特征在于：所述冶炼具体的为，采用真空感应炉、电渣重熔和真空自耗三联冶炼工艺。
6.根据权利要求4所述的火电机组用高温合金的制造方法，其特征在于：所述均匀化处理具体的为，铸锭均匀化退火温度为1200±15℃，保温30-150小时。
7.根据权利要求4所述的火电机组用高温合金的制造方法，其特征在于：所述锻造具体的为，铸锭开坯和热塑性变形采用软包套技术锻造，锻造温度为1000-1200℃，变形速率为0.001-0.02s-1。
8.根据权利要求4所述的火电机组用高温合金的制造方法，其特征在于：所述热处理包括固溶处理和时效预处理两个过程，其中固溶处理温度为1080-1200℃，保温1-5小时后水冷；时效预处理温度为700-800℃，保温5-30小时后空冷。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111534719A (zh) * 2020-05-09 2020-08-14 中国科学院金属研究所 一种镍钴基变形高温合金及其制备方法
CN111719057A (zh) * 2019-03-20 2020-09-29 沈阳人和机械制造有限公司 一种降膜管及其制造工艺
CN114540668A (zh) * 2022-01-21 2022-05-27 中航上大高温合金材料股份有限公司 高纯返回料生产难变形高温合金gh4049的冶炼工艺
WO2023240732A1 (zh) * 2022-06-16 2023-12-21 北京钢研高纳科技股份有限公司 一种高抗蠕变性能镍基粉末高温合金及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
CN104342585A (zh) * 2013-08-07 2015-02-11 株式会社东芝 锻造用Ni基合金、其制造方法及涡轮机部件

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104342585A (zh) * 2013-08-07 2015-02-11 株式会社东芝 锻造用Ni基合金、其制造方法及涡轮机部件
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

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111719057A (zh) * 2019-03-20 2020-09-29 沈阳人和机械制造有限公司 一种降膜管及其制造工艺
CN111534719A (zh) * 2020-05-09 2020-08-14 中国科学院金属研究所 一种镍钴基变形高温合金及其制备方法
CN114540668A (zh) * 2022-01-21 2022-05-27 中航上大高温合金材料股份有限公司 高纯返回料生产难变形高温合金gh4049的冶炼工艺
CN114540668B (zh) * 2022-01-21 2022-10-25 中航上大高温合金材料股份有限公司 高纯返回料生产难变形高温合金gh4049的冶炼工艺
WO2023240732A1 (zh) * 2022-06-16 2023-12-21 北京钢研高纳科技股份有限公司 一种高抗蠕变性能镍基粉末高温合金及其制备方法

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