[发明专利]一种复相强化镍钴基高铬耐磨高温合金及制备方法

说明书

一种复相强化镍钴基高铬耐磨高温合金及制备方法，按质量百分比计，包括C：≤0.08％，Cr：23～27％，Co：20～25％，Mn：≤0.5％，Si：≤0.5％，Mo：1.0～3.0％，W：2.5～3.5％，Ti：5.5～6.5％，Al：2.0～3.0％，Zr：≤0.03％，B：≤0.03％，余量为Ni。本发明获得的材料由奥氏体、Ni₃Al(γ’)、а‑Cr及晶界M23C6型碳化物四种物相构成，其中晶内γ’强化相与а‑Cr相的体积分数分别不低于25及20％，其中а‑Cr呈针状及块状两种形貌在晶内均匀分布。本发明制备的合金具有优异的高温强度及良好抗腐蚀性能。

技术领域

本发明属高温合金领域，具体涉及一种复相强化镍钴基高铬耐磨高温合金及制备方法，特别适用于超超临界燃煤机组转子与叶片、核电机组高温气冷堆、化工厂制氢转化炉管等高温部件的使用性能需求。

背景技术

随着服役环境的日趋严苛，高温部件对材料的性能要求不断提升。例如随着燃煤机组蒸汽参数的不断增长，其对汽轮机转子、叶片等部件的强度性能要求不管提高。与此同时，高温服役环境也不断对材料抗氧化/腐蚀性能的提出新的调整。随着蒸汽参数上升至700℃以上，具有高强耐蚀性能的高温合金已成为上述部件的唯一选择。然而，随着高温合金应用，也将对机组的安全稳定性能带来新的问题，如其奥氏体结构具有较高的热膨胀系数，进而促进高温条件下氧化膜剥落，进而对汽轮机转子、叶片造成冲蚀磨损等等问题。

目前常用的耐磨金属材料主要包括高铬铸铁、镍硬铸铁等，其主要特点是合金中含有较高的碳含量，以促进材料成型过程中具有高体积分数的大尺寸共晶碳化物形成。然而，较高的碳含量往往会造成材料焊接及加工困难，从而使其应用受到限制。同时，过高碳含量的添加会导致材料显著脆化，不利于耐磨性的进一步提高。此外，上述合金在高温下强度往往较低，难以满足超超临界机组汽轮机转子、叶片等部件对材料的性能需求。

发明内容

本发明的目的在于开发一种复相强化镍钴基高铬耐磨高温合金及制备方法。

为了实现以上发明目的，本发明所采用的技术方案为：

一种复相强化镍钴基高铬耐磨高温合金，按质量百分比计，包括C：≤0.08％，Cr：23～27％，Co：20～25％，Mn：≤0.5％，Si：≤0.5％，Mo：1.0～3.0％，W：2.5～3.5％，Ti：5.5～6.5％，Al：2.0～3.0％，Zr：≤0.03％，B：≤0.03％，余量为Ni。

一种复相强化镍钴基高铬耐磨高温合金的制备方法，包括以下步骤：

1)熔炼：采用真空熔炼的方式获得合金铸锭；

2)高温时效处理：将步骤1)的合金铸锭在950-1020℃保温0.5-1.0小时，随后继续随炉升温至γ’溶解温度以下50-90℃范围内保温3.0-5.0小时，完成后空冷至室温；

3)低温时效处理：将高温时效处理后的合金在750-780℃保温7-10小时后冷至室温，在830-870℃保温1-3小时，最后冷至室温。

本发明进一步的改进在于，进行步骤2)前，先将步骤1)得到的合金铸锭在1180-1200℃均匀化处理24-72小时，随后在γ’溶解温度以下30-70℃进行高温轧制，每道次变形量为5-10％，最终合金总变形量不低于50％。

本发明进一步的改进在于，在每道次高温轧制完成后回炉保温10-20min。

本发明进一步的改进在于，高温轧制采用包套的方式进行，包套材料为厚度为0.5-1.0mm的304不锈钢薄板。

本发明进一步的改进在于，步骤2)中，以10-20℃/min的速率自室温升温至950-1020℃。