本发明属于耐热合金材料技术领域，具体涉及一种镍基耐热合金材料及其制备工艺。
背景技术：
燃煤火力发电目前在中国电力供应中处于主导地位，其co2、so2和nox等气体不可避免会污染环境，因此必须采用先进的发电技术以降低燃煤消耗及有害气体排放。而发展大容量、高参数的超超临界火力发电机组是有效途径之一。
700℃超超临界火电机组是目前世界上最先进的燃煤火力发电技术，可有效减少煤耗和降低污染物排放，是实现节能减排、提高经济效益的重要措施。
700℃超超临界火电机组，主蒸汽温度为700℃或者更高，蒸汽压力为35-40mpa，机组关键部位过(再)热器布置在锅炉烟气温度的最高区域，运行中其管壁温度比管内介质温度要高20-90％。由于长期受到高温应力作用，过(再)热器材料既要承受较大的蠕变，还要承受高温烟气的腐蚀和磨损。因此，机组要求过(再)热器要有足够高的持久强度、蠕变强度、高温耐腐蚀性能和抗疲劳性能，在高温长期运行下组织要有良好的稳定性，有较好的焊接、加工性能及高温抗蒸汽氧化性能。
而目前600℃超超临界火电机组广泛应用的9-12cr系铁素体耐热钢和奥氏体不锈耐热钢已经不能满足700℃超超临界机组用过(再)热器材料要求。
镍基高温合金具有良好的高温持久强度和蠕变性能、抗疲劳性能、高温抗氧化性能、抗腐蚀和磨损性能等，因此成为700℃及以上超超临界火电机组用过(再)热器的一种首选材料。
技术实现要素：
本发明主要提供了一种镍基耐热合金材料及其制备工艺，制备的合金基于固溶强化、沉淀强化和晶界强化等复合强化于一体，高温持久强度和蠕变性能好。其技术方案如下：
一种镍基耐热合金材料，其包括以下重量百分比组分：0.01≤c≤0.05％、s≤0.01％、p≤0.01％、si≤0.2％、mn≤0.5％、cr17.0-19.0％、co11.0-13.0％、mo8.0-10.0％、nb1.0-2.0％、al0.5-1.5％、ti1.0-2.0％、w0.5-1.5％、b0.001-0.01％、zr0.001-0.08％、ba0.001-0.05％、ca0.001-0.05％、mg0.001-0.05％、稀土0.001-0.05％、cu≤0.2％、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，合金材料晶粒度级别为2-5级。
一种镍基耐热合金材料的制备工艺，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，采用真空感应炉与电渣重熔、真空感应炉与真空自耗、真空感应炉与电渣重熔和真空自耗中的任一种工艺冶炼。
优选的，所述均匀化处理具体的为，铸锭均匀化退火温度为1195±15℃，保温10-150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1050-1200℃，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。
本发明耐热合金成分设计基于“合金多元素复合强化”、“选择性强化”理论及合金长期时效后的相分析，从理论和微观组织上对影响本发明合金性能的原因进行了系统的分析。一方面通过稀土、钡、钙、钴、钼、钨和铌等元素的合理添加来实现合金固溶强化、时效强化和晶界强化效果的最优化，达到复合强化效果；另一方面通过对合金的基体选择、固溶强化最大化、高温晶界强化、析出强化辅助、优先失稳源控制、热膨胀系数控制及加工工艺优化等关键环节的设计和控制，选择性最大限度地提高本合金的综合性能。通过对本合金长期时效后精细相的分析，并对固溶合金元素在基体及析出相中的变化规律做了详细分析，从微观组织角度对本合金综合性能的提高进行了改进。
采用上述方案，本发明具有以下优点：
本发明开发出了一种添加钙、钡、镁、铌、锆、钴和稀土等合金元素的基于固溶强化、沉淀强化和晶界强化等复合强化于一体的高温持久强度和蠕变性能好的火电机组用耐热合金材料。本发明耐热合金700℃时十万小时外推持久强度达200mpa以上，长期时效合金组织结构稳定，合金力学性能优异，能够满足火电机组用过(再)热器设计和使用要求，本发明合金在强度提升的同时，其冲击韧性显著高于同等强度的耐热合金。
附图说明
图1为实施例9、10制造的耐热合金和对比例1-3制备的合金在750℃不同应力下的持久寿命图。
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中耐热合金的成分见表1所示。耐热合金的具体制备方法如下：
(1)冶炼：采用真空感应炉+电渣重熔二联工艺或真空感应炉+真空自耗二联工艺或真空感应炉+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1195±15℃，保温10-150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1050-1200℃，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室温及力学性能条件下进行。
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、持久强度等进行对比试验，具体结果见下表2-5。
表2实施例1-13制备的耐热合金和对比例1-3合金的室温力学
性能
表3实施例1-13制备的耐热合金和对比例1-3合金在700℃时的高温拉伸性能
表4实施例1-13制备的耐热合金和对比例1-3合金在750℃不同应力条件下的持久寿命(h)
表5实施例1-13制备的耐热合金和对比例1-3合金在700℃长时外推持久强度
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。