[發(fā)明專利]一種含稀土的高鐵鎳鐵基雙相合金

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410216377.0
• 申請日: 2014-05-21
• 公開（公告）號: CN104018029A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊珍;魯金濤;趙新寶;黨瑩櫻;尹宏飛;袁勇;嚴靖博
• 申請（專利權(quán)）人: 西安熱工研究院有限公司
• 主分類號: C22C19/05
• 分類號: C22C19/05;C22C30/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種稀土鎳鐵基合金，具體涉及一種含稀土的高鐵鎳鐵基雙相合金。?

技術(shù)背景

目前，我國600℃超超臨界發(fā)電技術(shù)水平和建成機組都占據(jù)世界首位。為解決急增的用電需求、日益凸顯的能源緊缺及環(huán)境污染問題，在600℃超超臨界發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)上進一步提高火電機組蒸汽參數(shù)(溫度和壓力)已成為必然的趨勢。?

然而，在600℃機組的運行過程中，材料(主要為粗晶、細晶18Cr-8Ni不銹鋼及高Cr奧氏體耐熱鋼)的蒸汽側(cè)氧化是不可忽視的問題。高溫水蒸汽下過/再熱器管內(nèi)壁形成氧化膜，首先導(dǎo)致承受壓力的有效壁厚減薄，使管易發(fā)生蠕變斷裂。其次，低熱傳導(dǎo)率的氧化膜對管起到一定的屏蔽作用，導(dǎo)致超溫。再者，在鍋爐啟停時，由于與合金的熱膨脹系數(shù)差別較大，氧化膜易發(fā)生剝落，剝落的氧化膜一方面會堵塞過/再熱器管從而引發(fā)爆管，另一方面被高流速的蒸汽攜帶出，沖蝕高、中壓段汽輪機葉片。大量的實踐表明，由氧化膜剝落導(dǎo)致的氣流受阻并引發(fā)的長期過熱是鍋爐管失效及電站效益降低的主要原因之一。可以預(yù)見，隨著蒸汽參數(shù)的不斷提高(如溫度達700℃)，由氧化膜的生長和剝落導(dǎo)致的鍋爐管失效問題將更為凸顯。這是因為，更高溫度時過/再熱器管材的氧化將更為嚴重：氧化膜的形成和生長速度都將大幅提高，管內(nèi)壁將形成更厚的氧化膜；隨著厚度增加，氧化膜的剝落傾向加大。?

為保證超超臨界鍋爐過/再熱器管的正常運行，以及實現(xiàn)更高蒸汽參數(shù)的?火力發(fā)電技術(shù)，必須開發(fā)出具備優(yōu)良抗氧化能力的合金，即合金應(yīng)具備氧化速率低、形成的氧化膜與基體金屬的粘附性能好這兩個重要特征。?

目前，針對超超臨界電站鍋爐高溫部件用材料的研發(fā)，多從增加Cr含量的角度來改善合金的抗高溫氧化性能。如Ni基合金Haynes230、Inconel740H中Cr含量高達25wt.％。這些合金抗蝕性強，但難以加工、焊接性能差、成本高。與之相反，成本較低且易加工的Ni-Fe基合金如GH2984雖含19wt.％的Cr，仍不滿足抗蝕性的要求。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供了一種含稀土的高鐵鎳鐵基雙相合金，該高鐵鎳鐵基雙相合金具有較好的強度，在850℃以下具有良好的抗氧化性能以及抗腐蝕能力。?

為了達到上述目的，本發(fā)明該高鐵鎳鐵基雙相合金包括以下化學成分：C、Cr、Fe、Al、Si、Ti、Nb、Mo、W、Mn、Y以及Ni；其中，按質(zhì)量分數(shù)，0<C<0.1％、18％≤Cr≤25％、25％≤Fe≤40％、0.8％≤Al≤1.5％、0.01％≤Si≤0.08％、1％≤Ti≤2.5％、1％≤Nb≤2％、0≤Mo≤1％、0≤W≤1％、0≤Mn≤1％、0<Y≤0.15％，余量為Ni。?

該高鐵鎳鐵基雙相合金中包含γ相和γ′相，γ′相為Ni₃(Al,Ti)，且γ′相占高鐵鎳鐵基雙相合金總體積的14％-20％。?

所述的Y的質(zhì)量分數(shù)為0.05％-0.1％。?

所述的Fe的質(zhì)量分數(shù)為25％-35％。?

所述的Cr的質(zhì)量分數(shù)為20％-25％。?

0.2％≤Mo≤1％、0.4％≤W≤1％、0.2％≤Mn≤1％。?

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：?

首先，本發(fā)明合金中的Cr是保證合金在高溫環(huán)境中具有良好抗氧化性能的最重要的元素。而且隨著Cr含量增加，本發(fā)明合金的耐腐蝕性能增強。本發(fā)明合金中的Al在提高合金抗高溫氧化性能中起到重要的作用。當Cr含量相同時，Al含量高的合金其抗氧化性能明顯優(yōu)于Al含量較低的合金。鑒于此，本發(fā)明的合金中添加了質(zhì)量含量不低于0.8％的Al，但Al的質(zhì)量含量不大于1.5％，這是因為過高的Al含量將使合金的塑韌性惡化，降低合金的熱加工性能與焊接性能。本發(fā)明中Si與Al的作用相似，Si主要通過兩方面來提高Ni-Fe基合金的抗高溫氧化性能，即：①當Si的含量足夠高時，在氧化膜與金屬基體間形成SiO₂非晶層，其缺陷濃度低，可起到很好的擴散障作用；②優(yōu)先形成的SiO₂可為Cr₂O₃提供形核質(zhì)點，從而促進Cr₂O₃的快速生長。此外，經(jīng)過研究表明，適量Si的加入還可提高Cr₂O₃膜的粘附性。然而，與Al一樣，Si質(zhì)量含量過高時會降低Ni-Fe基合金的塑韌性。鑒于此，本發(fā)明合金中Si的質(zhì)量含量應(yīng)控制在0.01％-0.08％。?