[發明專利]一種鎳鉻鈷鉬耐熱合金及其管材制造工藝

有效

• 申請號: 201410095587.9
• 申請日: 2014-03-14
• 公開（公告）號: CN103866163A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 劉正東;陳正宗;包漢生;楊鋼;干勇
• 申請（專利權）人: 鋼鐵研究總院
• 主分類號: C22C19/05
• 分類號: C22C19/05;C22C1/02;C22F1/10;C21D8/10
• 代理公司: 北京華誼知識產權代理有限公司 11207
• 代理人: 劉月娥

技術領域

本發明屬于鎳基耐熱合金技術領域，特別是提供了一種鎳鉻鈷鉬耐熱合金（C-HRA-3）及其管材制造工藝，可用于700℃蒸汽參數先進超超臨界火電機組的大口徑厚壁鍋爐管及相關管道的使用。?

背景技術

據中國電力企業聯合會統計，2013年全國電力裝機總容量已達124738萬千瓦時，其中火電裝機容量達86238萬千瓦時，占裝機總容量的70%左右。一方面，中國有著豐富的煤炭儲量，與其它能源相比，燃煤發電價格低廉，經濟性較好；另一方面，傳統的燃煤發電技術比其它能源發電帶來更多的CO₂等污染氣體的排放。為進一步降低煤耗、提高熱效率和降低排放，歐洲、美國、日本和印度等正在研制700℃蒸汽參數超超臨界火電機組，我國于2010年也啟動了700℃蒸汽參數超超臨界火電機組研制國家計劃。蒸汽參數包括蒸汽溫度和蒸汽壓力，研究表明，蒸汽溫度的提高可顯著提高機組熱效率。?

耐熱材料是制約火電機組向更高參數發展的主要“瓶頸”問題，大口徑鍋爐管和集箱則是“瓶頸中的瓶頸問題”。700℃蒸汽參數超超臨界火電機組鍋爐中的蒸汽溫度是逐步升溫到700℃，各個溫度段均需要有滿足使用要求的候選耐熱材料。研究表明，P92型馬氏體耐熱鋼可用于620℃蒸汽溫度以下部分大口徑鍋爐管制造；鋼鐵研究總院劉正東等人研究開發的新鋼種G115可用于620℃-650℃蒸汽溫度大口徑鍋爐管制造；而650℃-700℃蒸汽溫度段大口徑鍋爐管的候選材料必須使用鎳基耐熱合金。研究表明，CCA617鎳基耐熱合金是650℃-700℃蒸汽溫度段大口徑鍋爐管的首選候選材料。?

Inconel617（以下簡稱617合金）是鎳-鉻-鈷-鉬固溶強化型合金，該合金已被納入ASME鍋爐及壓力容器規范ASME?Code?Case2439，由于元素成分范圍上、下限較寬，力學性能數據分散性大，而且長時蠕變性能數據也需亟待提高，德國蒂森克虜伯公司的Jutta等人優化了該合金中Cr、Co、Al、Ti、C、Fe、Mn、Si和B元素的窄成分范圍，特別是利用“B冶金”強化機制，成功開發出比Inconel617持久強度更高的CCA617合金（也即617B合金）（見Jutta等人近年發表的文獻）。工業實踐方面，美國威曼-高登公司試制了Ф378mm?OD×88mm?AWT尺寸的617合金厚壁鍋爐管；德國瓦盧瑞克曼內斯曼鋼管公司為歐洲700℃AD計劃已生產出CCA617鍋爐管。?

利用德國E.ON?Scholven電廠700℃試驗平臺，歐洲AD700計劃測試了CCA617合金大口徑厚壁鍋爐管道，經過測試后其焊接熱影響區（以下簡稱為“HAZ”）出現?了環向裂紋。顯微分析表明，裂紋沿晶擴展，由于服役期間析出相聚集造成局部殘余應力過高，晶界弱化，屬于應力松馳裂紋，也稱應變時效裂紋。研究實踐表明，CCA617合金具有較強的應力松弛裂紋傾向，同時在焊接過程中即使低線能量輸入，對于厚壁部件，也極易出現焊接顯微凝固裂紋等液化裂紋。兩種裂紋的出現不得不推遲歐盟欲2014年建立700℃超超臨界燃煤示范電站的計劃，亟需進一步優化和評估CCA617合金。?

專利文獻1：CN102686757B公開了一種奧氏體耐熱合金，其成分按重量百分比含有：碳:＜0.15%；硅:＜2.0%；錳:＜3.0%；鎳:40-60%；鈷:0.03-25%；鉻:15-28%；鉬:＜12%；釹:0.001-0.1%；硼:0.0005-0.006%；氮:＜0.03%；氧:＜0.03%；磷:＜0.02%；硫:＜0.005%；鋁:＜3%；鈦:＜3%；鈮:＜3%；剩余部分由鐵和雜質構成。在合適的條件下對焊接時HAZ的液化裂紋的抵抗性優異。?

專利文獻2：CN103080346A公開了一種鎳-鉻-鈷-鉬合金，按重量百分比包括：鉻:21-23%；鐵:0.05-1.5%；碳:0.05-0.08%；錳:≤0.5%；硅:≤0.25%；鈷:11-13%；銅:≤0.15%；鉬:8.0-10.0%；鈦:0.3-0.5%；鋁:0.8-1.3%；磷:＜0.012%；硫:＜0.008%；硼:＞0.002且＜0.006%；鈮:＞0-1.8%；氮:≤0.015%；鎂:≤0.025%；鈣:≤0.01%；釩:≤0.6%；鎳為余量以及冶煉引起的雜質。調整元素范圍及980℃數小時去應力退火可消除應力松弛裂紋傾向。?