[发明专利]一种高强度镍基耐蚀合金及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于镍基耐蚀合金领域，主要涉及一种完全奥氏体组织的镍基耐蚀合金的冶炼、立式连铸制造，具体地说，涉及一种高强度奥氏体镍基耐蚀合金及其制造方法。

背景技术

800系列的镍基耐蚀合金是20世纪50年代进入市场的，其目的是在一个相对较低的Ni含量下满足耐热、耐蚀的需求。在过去的50多年间，此类镍基耐蚀合金因其高温强度、耐氧化性及其他高温耐蚀性能而得到广泛应用。应用包括熔炉装置、油管、油槽、热交换器、蒸汽动力涡轮等。这些装置的性能和运行可靠性，将直接影响重要设备整体运行的经济性和安全性。随着我国能源、化学工业的迅速发展，高参数，大容量机组数量不断增加。参数提高，容量增大，也使各种熔炉装置、热交换器和蒸汽动力涡轮等设备的尺寸越来越大，同时也增加了设计、制造的难度。频繁的启停和急剧的负荷变化，使设备的运行工况越来越恶劣。热交换器、蒸汽动力涡轮等投运率低的问题就成了影响机组等效可用率的重要原因之一。造成热交换器、蒸汽动力涡轮等投运率低和损坏的原因是多方面的。有关统计数据表明，热交换器、蒸汽动力涡轮等管系泄漏使设备故障停运所占比重最大，而换热管被冲蚀和各类腐蚀是造成管系泄漏的最主要原因。

国内电站换热器使用的换热管主要有碳钢管、奥氏体不锈钢管、镍基耐蚀合金管、钛管和黄铜管等。与奥氏体不锈钢管相比，镍基耐蚀合金换热管在耐冲蚀、耐腐蚀性方面有着无法比拟的优越性，可延长热交换器、蒸汽动力涡轮等的运行寿命。目前大量使用的奥氏体不锈钢管虽然相对便宜，但其材质对应力腐蚀也极其敏感，耐热温度和蠕变强度偏低，抑制了用户需求。

镍基耐蚀合金是完全奥氏体组织，材质更好，其耐热性能明显优于奥氏体不锈钢，热膨胀系数略低于奥氏体不锈钢，强度、硬度较高。与奥氏体不锈钢相比具有使用寿命长、可靠性高、稳定运行好、维护费用少等特点。采用镍基耐蚀合金管替代奥氏体不锈钢可以进一步提高热交换器、蒸汽动力涡轮等的使用寿命及可靠性，同时可以提高设备运转率。提高镍基耐蚀合金中的镍铬含量能够提高其耐腐蚀性能。但腐蚀性能提高的同时，对蠕变强度的要求也越来越高。热交换器、蒸汽动力涡轮等要求材料不仅耐腐蚀性好，同时，也必须具有良好抗高温变形性能，以便能够适应长时间的高温环境下服役。

镍基耐蚀合金具有全奥氏体显微组织。化学工业使用的几乎所有的镍基耐蚀合金都是固溶强化状态。部分合金添加有效硬化元素，如Mo和Cu，提高合金的强度。也采用添加Al、Ti等几种微合金元素来强化合金基体，确保镍基耐蚀合金具有设计要求的性能。然而，部分品种添加Mo和Cu等合金成分会显著增加成本，并且增加生产工艺的难度。

日本冶金NAS 800L产品，C≤0.10％，Si≤1.00％，Mn≤1.50，P≤0.030％，S≤0.015％，Ni：30.00-35.00％，Cr：19.00-23.00％，Al：0.15-0.60％，Ti：0.15-0.60％，Cu≤0.75。生产工艺是连铸，得到的合金钢的0.2％屈服强度≥170N/mm²，抗拉强度≥450N/mm²，延伸率≥30％。

德国蒂森VDM alloy800产品，C：0.04-0.08％，Si：0.2-0.6％，Mn：0.5-1.0％，P≤0.015％，S≤0.01％，Ni：30-32％，Cr：19.00-21.5％，Al：0.2-0.4％，Ti：0.2-0.5％，Al+Ti≤0.7％。生产工艺是模铸，得到的合金钢的0.2％屈服强度≥180N/mm²，抗拉强度≥450N/mm²，延伸率≥35％。

美国Special Metal Incoloy800H产品，C≤0.08％，Si：0.2-0.6％，Mn：0.5-1.0％，P≤0.015％，S≤0.011％，Ni：30-35％，Cr：19-23％，Al：0.15-0.6％，Ti：0.15-0.6％，Al+Ti：0.40-0.7％。生产工艺是模铸，得到的合金钢的0.2％屈服强度≥150N/mm²，抗拉强度≥536N/mm²，延伸率≥25％。

由此可见，现有技术中的部分镍基耐蚀合金还不能完全满足目前使用和制造的要求，需要开发一种强度高、蠕变性能好、生产经济的镍基耐蚀合金。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强度镍基耐蚀合金，该合金具有完全奥氏体组织，即从初始凝固至室温均为奥氏体组织。该合金能够满足热交换器、蒸汽动力涡轮使用环境，具有良好的蠕变性能、焊接性能以及抗高温氧化腐蚀性能。