[发明专利]一种高强韧Ni-Cr-Mo基铸造合金

说明书

本发明公开了一种高强韧Ni‑Cr‑Mo基铸造合金，属于耐热合金技术领域。按重量百分比计，该合金化学成分为：C 0.01～0.1％，Cr 19～25％，Mo8～10％，Nb 0.5～5.0％，Al 0.45～1.8％，Ti 0.45～2.0％，B 0.001～0.008％，Si0.002～1.0％，Mn 0.001～1.0％，余量为Ni及不可避免的杂质。该合金在适用温度范围内具有高的蠕变强度、优异的塑性、良好的抗氧化腐蚀性能和铸造性等，适用于制造在600～750℃条件下长期服役的部件。

技术领域

本发明属于耐热合金技术领域，特别提供一种燃煤电站用高强韧Ni-Cr-Mo基铸造合金，可用于制造蒸汽温度为600～750℃的燃煤电站热端部件。

背景技术

为了实现节能减排，必须提高燃煤电站的效率。燃煤电站的效率随汽轮机进口蒸汽温度和压力的升高而提高。因此，提出了具有更高蒸汽温度和压力的700℃等级燃煤电站。然而，汽轮机进口温度和压力的提高对合金的高温强度、抗氧化腐蚀性能等提出了更高要求。目前，用于燃煤电站最高温度段的铁素体和奥氏体钢已不能满足要求。此外，航空和航天装备热端部件用高温合金虽具有优异的高温强度，但服役时间较短且抗氧化腐蚀能力不足，使得其性能不能满足700℃等级燃煤电站的要求。

为满足700℃等级燃煤电站要求，欧盟在700℃等级燃煤电站计划中采用了通过优化IN617合金微量元素开发的617B合金，该合金含有大量的战略资源元素Co导致合金成本较高。日本和瑞典分别开发了Ni-Fe基合金HR6W和Sanicro25，但这些合金高温强度均不能满足最高温度段要求。我国开发的Ni-Fe基合金GH984G具有优异的高温强度和抗氧化腐蚀性能，但目前主要用于锅炉高温段锻造部件制造。此外，上述合金仍处于发展和研究中且多用于锻造部件，用于制造铸造部件的合金及其相关研究较少。为保证汽轮机铸造部件用合金在600～750℃蒸汽条件下长期无故障安全运行，需要开发出兼具优异的高温强度、塑性、抗氧化腐蚀性能和工艺性的铸造合金。

本发明针对700℃等级燃煤电站汽轮机铸件服役条件，通过考察Cr、Mo、Nb、Al、Ti、B、C、Si、Mn等元素对合金组织性能的影响规律，开发了一种高强韧Ni-Cr-Mo基铸造合金，该合金在600～750℃温度范围内具有优异的高温强度、塑性、抗氧化腐蚀性能和铸造工艺性，可以满足700℃等级燃煤电站汽轮机的使用要求。

发明内容

为了克服现有燃煤电站用铁素体和奥氏体合金高温强度和抗氧化腐蚀性能不足的缺点，本发明提供了一种适用于700℃等级燃煤电站的高强韧Ni-Cr-Mo基铸造合金，该合金在适用温度范围内具有高的蠕变强度、优异的塑性和良好的抗氧化腐蚀性能，同时具有优异的铸造性和可焊性等，可以在600～750℃下长期服役。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种高强韧Ni-Cr-Mo基铸造合金，按重量百分比计，该合金化学成分为：C 0.01～0.1％，Cr 19～25％，Mo 8～10％，Nb 0.5～5.0％，Al 0.45～1.8％，Ti 0.45～2.0％，B0.001～0.008％，Si 0.002～1.0％，Mn 0.001～1.0％，余量为Ni及不可避免的杂质；其中，Nb、Al和Ti元素的重量百分数满足：Nb+Ti+Al≥3.8％，以保证合金的高温强度。

进一步地，该合金中，C与B元素的重量百分数满足：C+B>0.015％，一方面保证合金晶界强度，另一方面保证晶界沉淀强化相稳定性；同时，Si 0.002～1.0％、Mn 0.001～1.0％，保证合金高温抗氧化性、合金冶炼过程中纯净度和优异的可铸性；此外，Si+Mn<1.0％保证不会形成大量的γ/Laves相共晶和碳化物从而降低合金高温强度。