一种抗氧化铁镍基合金的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种新型抗高温氧化铁镍基高温合金，可用于700℃级火电机组锅炉过热器、再热器管道以及石化用耐高温管件。通过设计合金中耐蚀元素的含量，使合金在850℃以下具有良好的抗高温氧化性能，优于700℃级锅炉备选铁镍基合金GH2984。该合金还具有良好的强度，可焊性以及冷热加工性能，易于加工成管材。合金生产成本低，具有明显的性价比优势。
【专利说明】一种抗氧化铁镜基合金
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种合金，特别涉及一种低成本、抗氧化性能优异的抗氧化铁镍基合金。
【背景技术】
[0002]发展高蒸汽参数(温度和压力)锅炉是提高火力发电机组效率最有效的途径。美国、欧盟和日本于上世纪末先后启动了相应的高参数先进超超临界发电(A-USC)技术国家研发项目，发展蒸汽参数为700°C /35MPa及以上级A-USC发电技术，我国2020年中长远规划也已把600丽及以上级A-USC火力发电机组列入重点开发项目，并于2010年7月23日启动“国家700 0C超超临界燃煤发电技术创新联盟”，开展独立自主的700 0C级A-USC发电技术攻关。能否开发出具有上述性能的过热器管材料，是实现700°C级超超临界燃煤发电技术的关键技术和瓶颈之一。
[0003]一些Ni基合金如Inconel740H和Haynes230等可以提供700 V级A-USC锅炉高温部件所需的持久强度，抗蚀性和结构稳定性也满足要求。但这些合金很难加工、焊接性能差、价格昂贵。另一类候选材料是N1-Fe基高温合金如GH2984、HR6W等，这类候选合金便于加工、价格便宜，但热强度低，组织稳定性和抗蚀性较差。
[0004]Cr是提高合金抗氧化性能的重要手段。阿贡国家实验室的腐蚀模拟平台研究了大量马氏体、奥氏体耐热钢(Cr含量从9-25wt.%)在650°C烟气侧的腐蚀行为，研究表明，耐热钢随着Cr含量的增加，耐腐蚀 性能增强。当N1-Fe基合金中Fe含量增加时，所需抗蚀Cr含量会增加。但合金中Cr含量的增加将导致N1-Fe基合金的组织稳定性变差，从而导致力学性能的劣化。如在N1-Cr-Al-Fe合金体系中，当Fe含量为IOwt.%时，W双相区随Cr含量的增加而缩小，当Cr含量达22wt.%时，W双相区消失。另外，在高Fe(>30wt.%)的N1-Fe合金系中，当Cr含量大于20wt.%会有α-Cr相析出。因此，高Cr含量虽然可以使N1-Fe基合金满足所需抗氧化能力，却很难满足所需长期组织稳定性和力学性能的要求。
[0005]合金中Al是形成Y ,相强化的重要组分，但过高的Al含量降低了合金的热加工性能与焊接性能。与之相矛盾的是，合金中较高的Al含量对提高合金抗腐蚀性能有积极作用，Al2O3膜具有最佳的抗腐蚀性能。尤其当合金中同时含有Cr和Al时，两者的协同作用使合金抗腐蚀效果的改善会更明显。同时，少量Si也能在Cr2O3膜层与基体间形成区域SiO2,阻碍基体中Cr离子向外扩散，从而提高合金抗氧化性能。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种在保证合金高温力学性能的同时，又能提高其抗高温氧化性的抗氧化铁镍基合金。
[0007]为达到上述目的，本发明采用的技术方案是:按质量份数包括:20-25%的Cr、25-30% 的 Fe、0.5-2.5% 的 Al、0.01-0.08% 的 S1、1-2.5% 的 T1、1-2% 的 Nb,0-1% 的 Mo,0-1%的w、0-l%的Mn、小于0.1%的C、其余为Ni。[0008]所述的Al含量为0.8-1.5%。
[0009]所述的Cr含量为22-25%。
[0010]本发明充分考虑了合金的抗高温氧化性能，合金中的Cr含量为20%_25%，同时为了保证合金在850°C以内高温环境中具有良好的抗氧化能力，合金中复合添加了 0.5-2.5%的Al以及0.01-0.08%的Si。Al2O3和SiO2产物有助于阻止氧化过程中的元素扩散，
[0011]为提高合金的高温强度，合金中添加W和Mo作为固溶强化元素。但Mo的含量应适宜，避免出现灾害性的氧化。合金中还添加了一定量的T1、Al和Nb作为析出相强化元素。
[0012]为降低合金成本,合金中添加25_30%Fe。同时,合金中不含Co兀素。
[0013]合金中的C会与Cr、T1、W等形成碳化物，降低合金的抗氧化性能，因此本发明涉及的合金中C含量小于0.1%。
[0014]定义抗氧化合金元素含量参数P，P=-0.07Cr-l.31A1-1.45Si+0.30Fe_3.32%(元素为其质量分数)，其中P的取值范围为0.5X 10-2≤P≤3.2X 10-2。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本发明的合金在750°C，800°C，85(rC氧化IOOh后的抛物线速率常数；
[0016]图2为实施例3的合金在750°C氧化IOOh后的形貌；
[0017]图3为实施例3的合金在850°C氧化IOOh后的形貌。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0019]实施例
[0020]根据本发明所述的化学成分范围，在真空感应炉中熔炼了 10种不同配比的抗氧化铁镍基合金，其具体成分如表1所示，实施例和参考例合金GH2984的P值见表2。
[0021]熔炼后浇注成锭，制成试样并进行了热处理，热处理制度为:
[0022]IlOO0C X 1h/ 空冷 +760°C X8h/ 空冷 +650°C X 16h/ 空冷。
[0023]合金热处理后分别测定了试样的室温硬度值和不同温度下的高温抗氧化性能。
[0024]表1本发明实施例的合金及GH2984合金化学成分(wt%)
[0025]
【权利要求】
1.一种抗氧化铁镍合金，其特征在于:按质量份数包括:20-25%的Cr、25-30%的Fe、0.5-2.5% 的 Α1、0.01-0.08% 的 S1、1-2.5% 的 T1、1-2% 的 Nb,0-1% 的 Mo,0-1% 的 W、0_1% 的Mn、小于0.1%的C、其余为Ni。
2.根据权利要求1所述的抗氧化铁镍合金，其特征在于:所述的Al含量为0.8-1.5%。
3.根据权利要求1所述 的抗氧化铁镍合金，其特征在于:所述的Cr含量为22-25%。
【文档编号】C22C19/05GK103498079SQ201310431988
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年9月18日 优先权日:2013年9月18日
【发明者】鲁金涛, 谷月峰, 范长信, 赵新宝, 严靖博, 尹宏飞, 杨珍, 党莹樱 申请人:西安热工研究院有限公司