专利名称：700℃超超临界火电机组用高温合金过热器管材材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种新的高温合金过热器管材材料及其制备方法，特别是ー种700°C超超临界火电站机组用高温合金过热器管材材料及其制备方法，属于材料制备领域。
背景技术：
过热器管材是700°C超超临界火电站机组的核心材料，700°C超超临界火电站机组的使用寿命主要取决于过热器管材的性能。过热器管材在700-750°C高温下长期使用，要求具有很高的组织稳定性和高温持久強度，管内壁长期在高压30-40MPa的水蒸气环境中，易发生爆管事故，此外管外壁长期在氧化、硫化等气氛中，极易遭受热腐蚀。在当今社会高度发达的时代，随着全世界急需解决能源和环境两大问题的重要方向，对火力发电站机组的效率也提出了更高的要求。众所周知，过热器管材的耐腐蚀性越好，使用寿命越长，火力发电站机组的效率就越高。目前，普通的火力发电站机组过热器管材使用的是传统的铁素体、奥氏体耐热钢以及镍基高温合金，这ー类传统的过热器管材有较高的蠕变强度和良好的抗高温氧化能力，然而由于这些合金中Mo含量较高，耐烟气腐蚀及沉积硫酸盐腐蚀的能カ很弱，并且如果用于700°C超超临界火电站机组过热器管材，长期服役于700°C以上的高温，其持久強度无法满足条件。现阶段，大多数的700°C超超临界火电站机组过热器管材采用Inconel740合金，Inconel740合金提高普通镍基高温合金中Cr的质量分数,并降低Mo的质量分数，从而提高了其抗蒸汽和抗烟气腐蚀能力，同时在其表面形成黏附性良好的Cr、Al等组成稳定氧化膜，使得氧化过程中的反应物的扩散率很低，从而提高了其抗氧化性。但是，由于IncOnel740合金中提高了 Cr元素的质量分数，使得合金的加工性能变差，不利于过热器管材的成型，在制造该合金大尺寸厚壁管材的过程中，会在焊接热影响区晶界处出现液化微裂纹，并且在800°C长期服役的过程中由于时效过程出现组织不稳定的问题。针对Inconel740合金的这一系列问题，北京科技大学的研究专家在IncOnel740合金的基础上通过合金成分优化，发明了 Incone1740H合金,该研究通过降低Incone1740合金中Nb、Ti、Si等微量元素的质量分数，同时提高合金中的Al元素的质量分数，该合金一定程度上提高了其表面稳定氧化膜Al2O3的厚度，从而提高了其抗氧化性，但是其合金加工性能并没有得到改善，过热器管材界面尺寸和壁厚的增大使得挤压成型的方法因受到最大挤压カ的限制而无法实现，仍然需要使用焊接过热器管材，会在焊接热影响区晶界处出现液化微裂纹，并且在800°C长期服役的过程中由于时效过程出现组织不稳定的问题。虽然，目前已经制备出了ー些700 V超超临界火电站机组用高温合金过热器管材材料，并且具有了一定性能，但这远远不能满足过热器管材的要求，新型的制备700°C超超临界火电站机组用高温合金过热器管材材料的研制和开发已是势在必行。因此，寻找和研发新的700°C超超临界火电站机组用高温合金过热器管材材料成为本领域的主要问题。 发明内容
本发明的目的是针对现有的过热器管材材料存在加工性能差，不利于过热器管材成型等问题，提供ー种新型的700°C超超临界火电站机组用高温合金过热器管材材料及其制备方法。实现本发明目的的技术解决方案为ー种700°C超超临界火电站机组用高温合金过热器管材材料，所述的管材材料的合金成分为w(C)为3%, w (Co)为20%, w (Mo)为O. 5%,W(Nb)为 2%, W(Ti)为 I. 8%, w(Al)为 O. 9%, W(Si)为 O. 5%, w (Mn)为 O. 3%, W(Fe)为 O. 7%,W(Sn)为 O. 5-2%, w (Cr)为 23-24. 5%，其余为 W(Ni)。上述过热器管材材料按以下方法制备，具体包括以下步骤
步骤I、将优化后的Incone1740合金采用真空感应熔炼法炼成合金锭子；
步骤2、用真空电弧熔炼法对步骤I中的锭子进行重熔，得到新的合金锭子； 步骤3、将新的合金锭子进行扩散退火；
步骤4、将退火后的合金锭子加工成管材；
步骤5、将合金管材在进行水淬固溶处理。步骤I中所述优化后的Inconel740合金成分为W(C)为3%，W(Co)为20%，W(Mo)为 O. 5%, W(Nb)为 2%, W(Ti)为 I. 8%, W(Al)为 O. 9%, W(Si)为 O. 5%, W(Mn)为 O. 3%, W(Fe)为 O. 7%, w (Sn)为 O. 5-2%, w (Cr)为 23-24. 5%，其余为 W(Ni)。步骤3中所述的退火温度为1250_1300°C，所述的退火时间为15_18h。步骤4中的加工温度为1050-1100°C。步骤5中所述的处理温度为1150°C，所述的处理时间为lh。与现有技术相比，本发明的具有显著的有益效果
(I)通过本发明制备的700°c超超临界火电站机组用高温合金过热器管材材料含Sn量为 O. 5-2%ο(2)通过本发明制备的700°C超超临界火电站机组用高温合金过热器管材材料，有良好的合金加工性能，制备过热器管材可以使用挤压成型，无需焊接成型。(3)通过本发明制备的700°C超超临界火电站机组用高温合金过热器管材材料，有优异的抗蒸汽氧化性能。(4)通过本发明制备的700°C超超临界火电站机组用高温合金过热器管材材料，有优异的耐烟气和沉积硫酸盐腐蚀性能。(5)通过本发明制备的700°C超超临界火电站机组用高温合金过热器管材材料，其持久性能显著，可以满足700°C超超临界机组的使用条件。
具体实施例方式本发明中各实施例中制备出的过热器管材分别在静态空气中进行1000°C氧化试验和在含10%或15%水蒸气的流动空气中进行800°C氧化试验，测试其耐腐蚀性能。实施例I :
首先，选择合金成分为 w(C)为 3%, w(Cr)为 24. 5%，W(Co)为 20%，W(Mo)为 O. 5%，W(Nb)为 2%, W(Ti)为 I. 8%, W(Al)为 O. 9%, W(Si)为 O. 5%, W(Mn)为 O. 3%, W(Fe)为 O. 7%, W(Sn)为O. 5%，其余为w (Ni)。其次，将上述合金进行以下处理步骤I、将优化后的Incone1740合金采用真空感应熔炼法炼成合金锭子；
步骤2、用真空电弧熔炼法对步骤I中的锭子进行重熔，得到新的合金锭子；
步骤3、将新的合金锭子在1300°C进行15h的扩散退火；
步骤4、将退火后的合金锭子在1050°C下加工成管材；
步骤5、将合金管材在1150°C条件下进行Ih水淬固溶处理后制得本发明所述过热器管材。将制得的过热器管材分别在静态空气中进行氧化试验和在流动气体中进行水蒸气氧化试验，结果显示合金在1000°C氧化220h内无氧化膜剥落现象，在800°C下含10%水蒸气的空气中氧化，氧化初期，氧化增重较快，随后腐蚀速度减缓并平稳。 实施例2
首先，选择合金成分为 w(C)为 3%，W(Cr)为 24%，W(Co)为 20%，W(Mo)为 O. 5%，W(Nb)为 2%, W(Ti)为 I. 8%, W(Al)为 O. 9%, W(Si)为 O. 5%, W(Mn)为 O. 3%, W(Fe)为 O. 7%, W(Sn)为1%，其余为w (Ni)。其次，将上述合金进行以下处理
步骤I、将优化后的Incone1740合金采用真空感应熔炼法炼成合金锭子；
步骤2、用真空电弧熔炼法对步骤I中的锭子进行重熔，得到新的合金锭子；
步骤3、将新的合金锭子在1250°C进行16h的扩散退火；
步骤4、将退火后的合金锭子在1100°C下加工成管材；
步骤5、将合金管材在1150°C条件下进行Ih水淬固溶处理后制得本发明所述过热器管材。将制得的热器管材分别在静态空气中进行氧化试验和在流动气体中进行水蒸气氧化试验，结果显示合金在1000°C氧化250h内无氧化膜剥落现象，在800°C下含15%水蒸气的空气中氧化，氧化初期，氧化增重较快，随后腐蚀速度减缓并平稳。实施例3
首先，选择合金成分为 w(C)为 3%, w(Cr)为 23. 5%，W(Co)为 20%，W(Mo)为 O. 5%，W(Nb)为 2%, W(Ti)为 I. 8%, W(Al)为 O. 9%, W(Si)为 O. 5%, W(Mn)为 O. 3%, W(Fe)为 O. 7%, W(Sn)为1.5%，其余为w (Ni)。其次，将上述合金进行以下处理
步骤I、将优化后的Incone1740合金采用真空感应熔炼法炼成合金锭子；
步骤2、用真空电弧熔炼法对步骤I中的锭子进行重熔，得到新的合金锭子；
步骤3、将新的合金锭子在1280°C进行18h的扩散退火；
步骤4、将退火后的合金锭子在1080°C下加工成管材；
步骤5、将合金管材在1150°C条件下进行Ih水淬固溶处理后制得本发明所述过热器管材。将制得的热器管材分别在静态空气中进行氧化试验和在流动气体中进行水蒸气氧化试验，结果显示合金在1000°C氧化245h内无氧化膜剥落现象，在800°C下含10%水蒸气的空气中氧化，氧化初期，氧化增重较快，随后腐蚀速度减缓并平稳。实施例4
首先，选择合金成分为 w(C)为 3%，W(Cr)为 23%，W(Co)为 20%，W(Mo)为 O. 5%，W(Nb)为 2%, w (Ti)为 I. 8%, W(Al)为 O. 9%, W(Si)为 O. 5%, W(Mn)为 O. 3%, W(Fe)为 O. 7%, W(Sn)为2%，其余为w (Ni)。其次，将上述合金进行以下处理
步骤I、将优化后的Incone1740合金采用真空感应熔炼法炼成合金锭子；
步骤2、用真空电弧熔炼法对步骤I中的锭子进行重熔，得到新的合金锭子；
步骤3、将新的合金锭子在1300°C进行18h的扩散退火；
步骤4、将退火后的合金锭子在1100°C下加工成管材；
步骤5、将合金管材在1150°C条件下进行Ih水淬固溶处理后制得本发明所述过热器管 材。将制得的热器管材分别在静态空气中进行氧化试验和在流动气体中进行水蒸气氧化试验，结果显示合金在1000°C氧化230h内无氧化膜剥落现象，在800°C下含15%水蒸气的空气中氧化，氧化初期，氧化增重较快，随后腐蚀速度减缓并平稳。
权利要求
1.ー种700°C超超临界火电站机组用高温合金过热器管材材料的制备方法，其特征在于所述管材的制备方法包括以下步骤 步骤I、将优化后的Incone1740合金采用真空感应熔炼法炼成合金锭子； 步骤2、用真空电弧熔炼法对步骤I中的锭子进行重熔，得到新的合金锭子； 步骤3、将新的合金锭子进行扩散退火； 步骤4、将退火后的合金锭子加工成管材； 步骤5、将合金管材在进行水淬固溶处理。
2.根据权利要求I中所述的700°C超超临界火电站机组用高温合金过热器管材材料的制备方法，其特征在于步骤I中所述优化后的Inconel740合金的成分为W(C) :3%，W(Co) :20%, W(Mo) :0. 5%, w(Nb) : 2%, w(Ti) :1. 8%, w(Al) :0. 9%, w(Si) :0. 5%, w(Mn) :0· 3%,w (Fe) : O. 7%, w (Sn) : O. 5-2%, w (Cr) : 23-24. 5%,其余为 w (Ni)。
3.根据权利要求I中所述的700°C超超临界火电站机组用高温合金过热器管材材料的制备方法，其特征在于步骤3中所述的退火温度为1250-1300°C，所述的退火时间为15-18h。
4.根据权利要求I中所述的700°C超超临界火电站机组用高温合金过热器管材材料的制备方法，其特征在于步骤4中的加工温度为1050-1100°C。
5.根据权利要求I中所述的700°C超超临界火电站机组用高温合金过热器管材材料的制备方法，其特征在于步骤5中所述的处理温度为1150°C，所述的处理时间为lh。
6.ー种700°C超超临界火电站机组用高温合金过热器管材材料，其特征在于所述的管材材料的合金成分为w(C)为 3%, w (Co)为 20%, w (Mo)为 O. 5%，W(Nb)为 2%，W(Ti)为 I. 8%，W(Al)为 O. 9%, W(Si)为 O. 5%, W(Mn)为 O. 3%, W(Fe)为 O. 7%, W(Sn)为 O. 5-2%, W(Cr)为23-24. 5%，其余为 w (Ni)。
7.根据权利要求6所述的700°C超超临界火电站机组用高温合金过热器管材材料，其特征在于所述的管材材料通过以下方法制备 步骤I、将优化后的Incone1740合金采用真空感应熔炼法炼成合金锭子； 步骤2、用真空电弧熔炼法对步骤I中的锭子进行重熔，得到新的合金锭子； 步骤3、将新的合金锭子进行扩散退火； 步骤4、将退火后的合金锭子加工成管材； 步骤5、将合金管材在进行水淬固溶处理。
8.根据权利要求6或7所述的700°C超超临界火电站机组用高温合金过热器管材材料，其特征在于步骤I中所述优化后的Inconel740合金成分为w (C)为3%，W(Co)为20%，W(Mo)为 O. 5%, w (Nb)为 2%, W(Ti)为 I. 8%，W(Al)为 O. 9%, W(Si)为 O. 5%, w (Mn)为 O. 3%,W(Fe)为O. 7%, w (Sn)为O. 5-2%, w (Cr)为23-24. 5%，其余为W(Ni);步骤3中所述的退火温度为1250-1300°C，所述的退火时间为15-18h ;步骤4中的加工温度为1050-1100°C ;步骤5中所述的处理温度为1150°C，所述的处理时间为lh。
全文摘要
本发明涉及一种700℃超超临界火电站机组用高温合金过热器管材材料及其制备方法，通过将成分为w(C)为3%，w(Co)为20%，w(Mo)为0.5%，w(Nb)为2%，w(Ti)为1.8%，w(Al)为0.9%，w(Si)为0.5%，w(Mn)为0.3%，w(Fe)为0.7%，w(Sn)为0.5-2%，w(Cr)为23-24.5%，其余为w(Ni)的合金优化，从而改善了其合金加工性能，同时在合金表面形成黏附性稳定的SnO2保证了过热器管材耐烟气和沉积硫酸盐腐蚀以及抗氧化性的性能要求，具有广阔的应用前景。
文档编号C22C1/02GK102644008SQ201210077838
公开日2012年8月22日 申请日期2012年3月22日 优先权日2012年3月22日
发明者张芳芳, 杜宇雷, 沈莹, 翟世先, 董吉林, 许宏伟 申请人:南京理工大学, 江苏星火特钢有限公司