[发明专利]一种高强耐蚀镍铁铬基高温合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属结构材料领域，涉及一种高强耐蚀镍铁铬基高温合金及其制备方法。

背景技术

按照国家制订的2020年电力发展规划，我国发电装机容量将从目前的4亿千瓦增加到2020年9亿千瓦，其中燃煤机组将达到5.8亿千瓦，占64.4%。燃煤发电是通过产生高温高压的水蒸气来推动汽轮机发电的，蒸汽的温度和压力越高，发电的效率就越高。目前，国际上燃煤发电的水蒸气压力已经达到27～32MPa左右，蒸汽温度为566～600℃，热效率可以达到42～45%,称为超超临界机组(A-USC)。超超临界燃煤发电技术的下一个目标是利用700℃/压力达35MPa及以上的蒸汽来发电。与600℃超超临界发电技术相比，700℃超超临界燃煤发电技术的供电效率将提高至50%，每千瓦时煤耗可再降低近70克，二氧化碳排放减少14%。

过热器和再热器是超超临界燃煤发电锅炉中承担将燃煤产生的热转化为高温高压水蒸气的关键部件，它外侧要抗燃煤的烟气腐蚀、内侧要抗超临界水的氧化腐蚀，同时还要承受高温高压，是整个超超临界系统中工作环境最为恶劣，性能要求较高的部件。在700℃超超临界燃煤发电系统中，水蒸气的温度达700℃/压力达35MPa以上，这就要求其过热器和再热器高温端的材料必须在750℃/100MPa的服役条件下能安全使用10万小时以上。

600℃超超临界发电技术中被广泛使用的600℃和625℃两个温度等级的先进铁素体钢、奥氏体钢以及一些Ni-Fe基材料，如P91/T92、P122、SAVE25、NF709R、Sanicro25、HR3C等，由于缺乏足够的抗氧化性和高温强度，无法用作700度A-USC中的过热器和再热器材料。

另外，一些改进型Ni-Fe  基合金，如：G110(Fe基-20Cr-1.5Mo-1.5W-1.8Nb-1.5Ti-1.5Ti-35Ni)、18Cr-30Ni-3Nb、GH2984(Fe基-19Cr-2.3Mo-1.3Nb-1Ti-Al-42Ni)、HR6W（Fe基-23Cr-6W-1.3Nb-1Mn-43Ni）等通过固溶和沉淀强化，提高合金的高温强度。如钢铁研究总院开发的G110和中科院金属所开发的GH2984，通过在Fe-Ni基合金中加入固溶强化元素和引入第二沉淀相强化，使开发的合金在700℃10万小时持久强度外推值达100MPa。但还达不到750℃/100MPa的服役要求。

目前普遍认为，700℃超超临界燃煤发电系统中过热器和再热器必须使用Ni基高温合金，如Haynes230(Ni基-22Cr-2Mo-14W-Al-(Fe<3.0))、nconel740(Ni基--23Cr-20Co-0.6Mo-2Nb-1.7Ti-Al-(Fe<1.0))、Inconel617(Ni基-22Cr-12Co-9Mo-2Nb-1Al-Ti-(Fe<2.5))和Nimonic263(Ni基--20Cr-20Co-6Mo-2Ti-Al-(Fe<1.0))等及其改进型合金。这类合金通常为镍基，含有较高的贵金属元素如钴、钼、钨以提高固溶强化效果，结合导入沉淀强化相进一步提高合金的高温强度，同时添加较高的Cr和Al量，使合金具有良好的抗烟气/水蒸气腐蚀能力。目前，这类合金的高温强度已可以满足750℃/100MPa的服役要求。但这类合金组织结构复杂，在高温高压下长时间服役过程中会出现组织不稳定的现象，从而导致性能下降。另外，这类合金热成形性差，难以制成超超临界所需的大型部件，价格昂贵等也限制了它们的使用。

因此，研发出热强度高、抗超临界烟气氧化腐蚀和高温汽水介质腐蚀、可焊性和工艺性良好、价格低廉的材料，成为实现700℃超超临界燃煤发电技术的关键技术问题之一。

发明内容

本发明的目的是针对现有的镍基高温合金材料存在的热成形性差、价格昂贵等缺点，提出了一种成分设计合理，高温强度和抗蚀性能优异，加工性能和性价比好的高强耐蚀镍铁铬基高温合金及其制备方法。

为达到上述目的，本发明高强耐蚀镍铁铬基高温合金按重量百分比含20～30%的Fe，19～25%的Cr，0.5～2.5%的Al，1.0～2.5%的Ti，≤2%的Nb，≤2%的Mo，≤2%的W，≤1%的Ta，≤0.5%的Si，≤1.0%的Mn，≤0.5%的Cu，≤0.05%的C，≤0.01%的B，≤0.03%的Zr，余量为Ni。

所述的Fe的重量百分比为20-25%。

所述的Cr的重量百分比为20-23%。

所述的Al的重量百分比为1.0-2.0%。