本发明专利技术涉及一种压力蒸汽管道用耐热合金及其合金管的制造方法。耐热合金的化学成分为：Cr24～26%；Co19～21%；Nb1.3～1.5%；Mo0.3～0.5%；Ti1.1～1.4%；Al1.4～1.8%；C0.01～0.03%；Zr0.04～0.06%；Mg 0.0005～0.004%；P0.003～0.012%；0＜B≤0.0015%；0＜S≤0.003%；0＜Si≤0.15%；并且 Al+Ti≥2.6%；Ti/Al=0.7～0.85；Mg/S=1.3～1.8。制造方法是：冶炼成合金；热锻始锻温度1180～1200℃，终锻温度900～950℃；热挤压温度1160～1200℃，挤压比≤8，冷变形每道次变形量≤45%，退火温度1100℃±10℃；无缝管固溶热温度1150℃±10℃，保温30±2min；时效热温度800℃±10℃，保温8±1h。本发明专利技术制造的耐热合金管安全服役温度、持久强度高。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及。耐热合金的化学成分为：Cr24～26%；Co19～21%；Nb1.3～1.5%；Mo0.3～0.5%；Ti1.1～1.4%；Al1.4～1.8%；C0.01～0.03%；Zr0.04～0.06%；Mg?0.0005～0.004%；P0.003～0.012%；0＜B≤0.0015%；0＜S≤0.003%；0＜Si≤0.15%；并且?Al+Ti≥2.6%；Ti/Al=0.7～0.85；Mg/S=1.3～1.8。制造方法是：冶炼成合金；热锻始锻温度1180～1200℃，终锻温度900～950℃；热挤压温度1160～1200℃，挤压比≤8，冷变形每道次变形量≤45%，退火温度1100℃±10℃；无缝管固溶热温度1150℃±10℃，保温30±2min；时效热温度800℃±10℃，保温8±1h。本专利技术制造的耐热合金管安全服役温度、持久强度高。【专利说明】
本专利技术涉及。
技术介绍
耐热合金在多行业领域具有广泛应用，例如：垃圾焚烧炉、连铸机导辊、燃烧喷嘴、 火力发电锅炉管等等。其在压力蒸汽管道上的使用直接影响设备安全运行，尤其对于火力 发电锅炉用管材，一次爆管直接损失达到上千万元。 对于蒸气温度为700°C火力发电锅炉用过热器管材，管材内壁服役温度为700°C， 而处于向火面的管材外壁，其实际服役温度最高可以达到750-770°C。本专利技术人在对一种 Ni-Cr-Co镍基耐热合金(原型合金)细致研究过程中发现，在770°C长期时效过程中，合金仍 然会产生η相，并且首次发现在部分晶界发现异常生长的大块碳化物，此两方面因素严重 降低合金韧性及持久性能。
技术实现思路
为了克服现有压力蒸汽管道用耐热合金的上述不足，本专利技术提供一种材料安全服 役温度、材料的持久强度高的压力蒸汽管道用耐热合金。 本专利技术的另一个目的是提供一种安全服役温度、持久强度高的压力蒸汽管道用的 骤耐热合金管的制造方法。 本专利技术的主要内容包括： 1)进一步优化限制Al、Ti含量以及二者比值，彻底消除使用温度长期时效过程中出现 的η相及部分晶界出现的异常生长的大块碳化物。 2)提出添加 Mg元素的最佳原则，提升专利技术合金晶界结合强度，改善热加工性能， 提升持久性能。 3)添加适量的P元素，进一步提升专利技术合金持久强度。 4)提出了此合金最佳的加工工艺参数。 本专利技术的压力蒸汽管道用耐热合金的机理是； Cr :Cr是不可缺少的合金化元素，起到固溶强化、析出强化、抗氧化三方面作用。加入 合金中的Cr引起合金γ基体晶格畸变，产生弹性应力场强化，使γ固溶体强度提高，起到 固溶强化作用；溶解于Y固溶体的Cr能与C形成一系列碳化物，起到析出强化作用；Cr在 Y基体中十分重要的作用使形成Cr203型氧化膜，使合金具有良好的抗氧化和抗腐蚀性能。 已有研究结果表明，对于镍基合金，当Cr含量介于24~26%时，其抗各种腐蚀性能达到最佳。 因此，本专利技术合金Cr含量控制在24~26%之间。 Co :Co作为合金元素加入到合金中，可以降低基体的堆垛层错能，使交滑移更加 困难，引起固溶强化。Co同时还降低Ti和A1在基体中的溶解度，从而增加 γ'相沉淀强化 相的数量，使析出强化作用增强。本专利技术合金Co含量控制在19~21%之间。 Nb:-方面，Nb原子半径较Ni原子半径大15?18%，并明显降低基体的堆垛层错能， 起强烈的固溶强化作用；另一方面，对于Y '相析出强化型镍基合金，Nb溶于γ '相中，使 析出相更加稳定。但是，Nb元素含量过高，会与基体中的C结合，形成大块的一次碳化物和 条带组织，并且降低合金可焊性。而Nb元素含量过低，其固溶强化及析出强化作用不明显。 因此，本专利技术合金Nb含量控制在1. 3?1. 5%之间。 Mo :Mo是固溶强化元素，并能够提高合金高温持久性能。已有研究结果表明，当Mo 含量高于1%时，合金抗烟气腐蚀性能明显降低。因此，本专利技术合金Mo含量控制在0. 3~0. 5% 之间。 Ti :Ti加入合金中约有10%进入基体，起一定的固溶强化作用，约90%进入γ '相 中，Ti原子可以替代γ ' -Ni3Al中的A1原子，形成Ni3 (Al，Ti)，起到强烈的析出强化作用， 但是当Ti含量过高时，极易产生η相。本专利技术人在对原型合金在770°C长期时效研究过程 中发现，合金中仍然会出现部分Π 相，并且部分晶界出现异常生长的大块碳化物，此种碳 化物极易成为裂纹源。因此，本专利技术合金将Ti含量限制在1. 4%以内，并且继续降低Ti/Al 比值，使其介于〇. 7?0. 85之间。同时为了确保合金在70(T770°C温度区间至少有质量分数 为14%的析出相，Ti含量的下限为1. 1%。 A1 :A1是γ '-Ni3Al相基本组成元素，约80%形成Ni3Al，主要起到析出强化作用。 为了能够使Y '相析出质量分数高于14%，本专利技术合金要求A1含量高于1. 4%，同时要求 Al+Ti 彡 2. 6%。 C :C起到固溶强化的作用，但是在镍基耐热合金中其作用主要是形成M23C6、M6C等 碳化物。碳化物在合金晶界不连续析出，可以有效阻止晶界滑移及裂纹扩展，提高合金高温 蠕变寿命及持久强度。但是，加入的C含量过高，一方面，C会与合金中的Nb元素结合形成 大量的一次NbC析出物，从而使性能降低；另一方面，过高的C含量会降低合金的焊接性。 因此，本专利技术合金将C含量控制在0. 01~0. 03%。 Zr :Zr是晶界强化元素，可以防止有害元素在晶界的偏聚，提高晶界结合力。但是 过高的Zr含量会在晶界形成Zr的碳化物，对合金持久性能产生不利影响。因此，本专利技术合 金将Zr含量控制在0. 04?0. 06%。 Mg :合金中加入一定量的Mg可以增加晶界强度，改善和细化晶界碳化物，但是其 最主要的作用是与S元素相结合，显著改善合金热加工塑性，提高合金持久寿命。本专利技术人 研究结果表明，对于此合金，当Mg/S质量百分比控制在1. 3?1. 8之间，相同拉伸温度条件 下，合金热塑性可增加10?15%。因此本专利技术合金将Mg含量控制在0. 0005?0. 004%，Mg 与S质量分数比值控制在1. 3?1. 8之间。 P:P在传统的铁基材料中为有害元素，但是在铁镍基及镍基合金中却为有益元 素，适量的添加 P元素，可以使镍基耐热合金的持久性能得到提升。本专利技术合金将P含量控 制在 0· 003 ?0· 012%。 B :B是最广泛的晶界强化元素，可以提高耐热合金持久强度。已有研究结果表明， 要获得最佳的持久强度，对于固溶强化型镍基耐热合金，B含量要控制在0. 005%以内，对于 析出强化型镍基耐热合金，B含量要控制在0. 003%以内。但是，B的添加，会对合金焊接性 能明显产生不利的影响。因此，本专利技术合金将B含量控制在0. 0015%以内。 Si :Si在本专利技术合金中为有害元素，Si偏聚于晶界促进G相、σ相及Laves相析 出。因此，本专利技术合金将Si含量控制在0.15%以内。 本专利技术的压力蒸汽管道用耐热合金的化学成分重量百分比为： Cr 24 ?26% ; Co 19 ?2本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种压力蒸汽管道用耐热合金，它的化学成分重量百分比为：Cr 24～26%； Co 19～21%； Nb 1.3～1.5%； Mo 0.3～0.5%；Ti 1.1～1.4%； Al 1.4～1.8%； C 0.01～0.03%； Zr 0.04～0.06%；Mg 0.0005～0.004%； P 0.003～0.012%；0＜B≤0.0015%； 0＜S≤0.003%； 0＜Si≤0.15%；其中B与Si是炉料中带入的；其余为Ni与不可避免的杂质；并且 Al+Ti≥2.6%； Ti/Al=0.7～0.85； Mg/S=1.3～1.8。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王岩，徐芳泓，李阳，李莎，曾莉，
申请(专利权)人：太原钢铁集团有限公司，
类型：发明
国别省市：山西;14
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