[发明专利]一种析出强化铁基高温合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种析出强化铁基高温合金及其制备方法，按重量百分比计包括，Ni：25‑37％，Cr：15‑19％，Co：≤2.0％，Mn：≤1.0％，Si：≤0.5％，C：0.03‑0.10％，Mo+W：≤1.2％，Ti+Al：3.0‑3.8％，余量为Fe。其中，2≥Ti/Al≥1.5，并且当Ni含量未超过30％时Al含量不低于1.4％。合金具备优异的高温持久强度性能，经变形与热处理后晶粒尺寸满足70‑125μm，其在700℃/180MPa、725℃/130MPa与775℃/100MPa下持久寿命均高于3500小时。本发明的铁基高温合金具备优异的持久强度性能，同时材料成本低。

技术领域

本发明涉及高温金属结构材料技术领域，具体为一种析出强化铁基高温合金及其制备方法。

背景技术

燃煤火电机组提供了国内70％以上的电力，但国内火电机组平均发电效率低，能耗高，是二氧化硫、氮化物NOx、二氧化碳及汞的主要排放源。随着环保要求的提高，需要在现有的单位GDP二氧化碳排量基础上大幅的降低和减少。在煤电领域，采用高参数大容量火电机组是实现煤炭的清洁高效利用最直接、经济、有效的措施之一。目前，世界各国家都在积极研发700℃先进超超临界(A-USC)燃煤发电技术。然而，700℃超超临界发电技术对高温材料的挑战很大，国内外均没有成熟的高温材料体系，镍基高温合金尚处于研发和验证阶段。

由于700℃超超临界机组所需的镍基高温合金需要较高的制备技术，且价格昂贵，综合考虑电厂效率、成本、国产化水平和制备能力、机组安全运行和维护等因素，今后的重点发展方向是利用优化或新研发的耐热钢以及高性价比的铁镍基高温合金，将商业化电厂机组参数逐步提高至650℃，其热效率可达50％左右。

高温结构材料是实现先进超超临界发电技术最重要的材料基础，服役环境要求其具有优异的高温强度、韧性、抗蒸汽氧化性能、抗烟气腐蚀性能、组织结构稳定性等。对于650℃超超临界机组而言，其关键高温部件，如末级过热器和再热器、主蒸汽管道、集箱和高温段转子等，已达到或超出奥氏体耐热钢的服役温度上限，必须选择承温能力更高的材料。目前，650℃超超临界机组的关键高温部件材料体系还不成熟，候选材料主要是国外的Sanicro25、Inconel617、HR6W等，国内拥有自主知识产权的650℃超超临界机组关键高温部件用材料基本上是空白。

新型铁镍基高温合金比奥氏体耐热钢的承温能力更高，高温性能良好，且材料成本相比于高等级奥氏体耐热钢(如HR3C)增加有限，综合性价比高，有望应用于650℃超超临界机组的关键高温部件，但是现有技术中还没有成熟的铁镍基高温合金体系能够满足650℃机组的要求。

合金持久性能是电站锅炉选材时最重要的考虑因素，而第二相强化是改善合金持久性能的最有效手段。目前的研究表明，Ni₃Al颗粒弥散强化是高温合金中最有效的强化方式，并已在镍基高温合金中广泛采用。然而，镍基高温合金成本高昂，不适用于电站锅炉选材。铁基高温合金虽然具有低廉的成本及良好的加工性能，但Ni₃Al相在此类合金中不稳定，难以在高温服役期间保持较高的体积分数，因而无法达到理想的强化效果。

发明内容

本发明目的在于开发一种析出强化铁基高温合金及其制备方法，并确保其具备优异的高温持久性能。

为实现以上发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种析出强化铁基高温合金，按重量百分比计包括以下组分，Ni：25-37％，Cr：15-19％，Co：≤2.0％，Mn：≤1.0％，Si：≤0.5％，C：0.03-0.10％，Mo+W：≤1.2％，Ti+Al：3.0-3.8％，余量为Fe；合金平衡态组织包括奥氏体基体、晶内Ni₃Al及晶界碳化物三相；其中，合金在650℃平衡态时Ni₃Al相的体积分数不低于15％。

本发明进一步的改进在于，当Ni重量百分比未超过30％时，Al重量百分比不低于1.4％。