[發明專利]抗蠕變、長壽命鎳基變形高溫合金及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202011262753.1
• 申請日: 2020-11-12
• 公開（公告）號: CN112575228B
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 束國剛;文新理;董建新;章清泉;江河;李振瑞;劉偉;余志勇;彭劼;柳海波;魏然;李國超
• 申請（專利權）人: 中國聯合重型燃氣輪機技術有限公司;北京北冶功能材料有限公司
• 主分類號: C22C19/05
• 分類號: C22C19/05;C22C1/02;F02C7/00
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 劉虎

本發明公開了一種抗蠕變、長壽命鎳基變形高溫合金，其包括：C：0.04?0.08％、Cr：18.50?21.50％、Co：9.00?11.00％、Mo：8.00?9.00％、Al：2.00?3.00％、Ti：1.10?1.49％、Nb：0.81?2.00％、B：0.003?0.009％、Sc：0.001?0.10％，余量包括鎳和不可避免的雜質，以質量百分含量計，該合金中元素Al、Ti和Mo的質量百分含量滿足關系式：11.59％≤Al+Ti+Mo≤13.0％。本發明的鎳基變形高溫合金，具有優異的抗蠕變性能和持久壽命，能夠滿足先進航空發動機和燃氣輪機設計和使用的要求，適用于制造先進航空發動機和燃氣輪機等裝備中長期服役的精密熱端部件。

技術領域

本發明屬于金屬材料領域，具體涉及一種抗蠕變、長壽命鎳基變形高溫合金，特別地還涉及該抗蠕變、長壽命鎳基變形高溫合金的制備方法，進一步地，還涉及該抗蠕變、長壽命鎳基變形高溫合金的應用。

背景技術

航空發動機和燃氣輪機等裝備中有大量精密熱端部件，其特點是在高溫和大載荷條件下具有良好尺寸精度以保證功能穩定性，一般采用高溫合金制造。這些部件中包含筒件、管件和緊固件等，形狀復雜、承受溫度高(一般為600-800℃)，是由板材、管材或棒材經冷彎、焊接、車、銑等多工序加工而成，對合金加工性能、焊接性能、抗蠕變性能、持久壽命等要求比較高，目前使用的合金有Nimonic263、R-41、Waspaloy、Haynes282、HastelloyX、Haynes230、Inconel718等。

隨著航空發動機和燃氣輪機設計水平和應用技術的不斷發展，燃氣初溫越來越高，以燃氣輪機為例，目前最先進的G級和H級燃氣輪機燃氣初溫達到了1450～1500℃，未來的J級燃氣輪機燃氣初溫將達到1600～1700℃，航空發動機和燃氣輪機精密熱端部件合金本體承受的溫度也將達到800～950℃，因此對合金的800～950℃高溫力學性能提出了日益嚴苛的要求。

Nimonic263、HastelloyX、Haynes230合金雖然具有良好的加工性能，但這些合金只能在800℃以下長期服役，在800℃以上高溫強度和抗蠕變性能嚴重不足；Inconel718合金雖然具有良好的加工性能，但只能在650℃以下服役，在更高溫度下組織將失去穩定性而發生性能劣化。R-41和Waspaloy的強化相γ′含量高、析出速度快，無論是坯料的熱加工(鍛造、熱軋)、熱處理還是零件的冷加工(冷彎、車削、焊接等)難度都比較大，不適用于制造航空發動機和燃氣輪機中需要經歷復雜加工工藝的精密熱端部件。而且R-41在816℃、221MPa、100h條件下的蠕變塑性伸長率(ε_p)約為1％，Waspaloy對應的這一數值大于1％，這兩種合金在89MPa、927℃條件下的持久壽命(τ)都在100h以下，可見這兩種合金的抗蠕變性能和持久壽命都不滿足先進航空發動機和燃氣輪機的設計要求。Haynes282合金具有較好的室溫和高溫力學性能，同時易于加工和焊接，但也存在三點不足：1)抗蠕變性能偏低，在816℃、221MPa、100h條件下的蠕變塑性伸長率約為1％；2)持久壽命不足，在89MPa、927℃條件下的持久壽命在200h以下；3)允許的服役溫度較低，目前在實際工程應用中考慮到燃氣輪機的大修周期在8年左右，為了確保使用Haynes282合金制造的部件安全度過8年檢修周期，其最高使用溫度被嚴格限定在800℃左右。

因此，需要研制一種具有優異的抗蠕變性能和持久壽命的鎳基變形高溫合金。

發明內容