本发明专利技术公开了一种高温氯化氢环境下使用的高温合金及其应用，属于高温合金技术领域。该合金化学成分为(wt.％)：Cr：10.0～13.0％，Co：8.0～11.0％，Mo：1.0～2.5％，W：3.0～5.0％，Ta：3.0～6.0％，Al：3.0～6.0％，Ti：3.0～4.0％，C：0～0.2％，B：0～0.05％，其余为Ni。本发明专利技术合金具有优良的高温力学性能，同时还具有较好的抗高温氯化氢腐蚀和抗混合熔盐腐蚀(25％NaCl+75％Na2SO4)性能。该合金适用于高温氯化氢环境下对高温强度要求较高的部件。温氯化氢环境下对高温强度要求较高的部件。
【技术实现步骤摘要】
一种高温氯化氢环境下使用的高温合金及其应用
[0001]本专利技术涉及高温合金
，具体涉及一种高温氯化氢环境下使用的高温合金及其应用，该合金主要适用于在高温氯化氢环境下承受较高应力的零部件。
技术介绍
[0002]为了获得更高的动力和功率，燃气涡轮机采用强氧化剂(如高氯酸)作为催化剂，燃烧产物中含有一定浓度的氯化氢，且燃气涡轮机工作温度非常高(超过900℃，达到960℃)。在高温氯化氢环境下，要求燃气涡轮机转子材料具备一定的抗氯化氢腐蚀能力，而且，由于燃气涡轮机转速非常高，要求燃气涡轮机转子材料具有较高的高温强度。此外，考虑到海洋环境，还需要具有抗混合熔盐腐蚀(25％NaCl+75％Na2SO4)的能力。目前，国内还没有兼顾上述高温强度和耐高温氯化氢腐蚀(超过900℃)的高温材料。
[0003]在现有技术条件下，在高温合金中加入难熔元素W、Mo、Ta、Cr等，起到固溶强化作用，同时Al、Ti、Ta等形成γ'沉淀相，起到沉淀强化的作用。此外，通过调整微量的C、B、Zr、Hf等，强化晶界，提高高温强度。但是，某些元素虽然有利于强化，但对于高温抗氯化氢腐蚀却不一定有益处。例如，Mo元素，在高温下，由于氯离子和氧离子的存在，Mo元素会产生挥发性的氯化物，导致合金失重，从而不利于抗高温氯化氢腐蚀性能。
[0004]针对上述背景，人们期望获得一种高温氯化氢环境下使用的高温合金，高温性能与国外典型的高温氯化氢环境下使用的高温合金ЖC6К性能相当，并适合高温氯化氢环境使用。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的是提供一种高温氯化氢环境下使用的高温合金及其应用，其高温性能与国外典型的高温氯化氢环境下使用的高温合金ЖC6К性能相当，并适合高温氯化氢环境使用。
[0006]为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0007]一种高温氯化氢环境下使用的高温合金，按重量百分含量计，该合金化学成分如下：
[0008]Cr：10.0～13.0％，Co：8.0～11.0％，Mo：1.0～2.5％，W：3.0～5.0％，Ta：3.0～6.0％，Al：3.0～6.0％，Ti：3.0～4.0％，C：0～0.2％，B：0～0.05％，其余为Ni。
[0009]本专利技术提供的高强抗热腐蚀高温合金，所述合金按重量百分含量计较优的化学成分如下：
[0010]Cr：11.5～13％，Co：9.0～10.5％，Mo：1.5～2.3％，W：3.5～4.5％，Ta：4.0～5.5％，Al：3.5～4.5％，Ti：3.0～4.0％，C：0.05～0.15％，B：0.005～0.02％，其余为Ni。
[0011]本专利技术提供的高温合金中，杂质的成分和质量百分含量满足下述要求：
[0012]O≤0.003％，N≤0.002％，S≤0.004％，P≤0.018％，Si≤0.2％，Pb≤0.0005％，Bi≤0.00005％，Sn≤0.001％。
[0013]本专利技术合金(合金牌号取名为K466)的化学成分设计主要基于如下理由：
[0014]设计合金为镍基高温合金，合金中含有W、Mo、Ta、Cr等固溶强化元素，同时含有40
‑
60％的γ
′
强化相，γ
′
强化相形成元素主要为Al、Ti、Ta等，Co是组织稳定元素。
[0015]本专利技术的第一个难点，也是最重要的难点是，目前国内还没有超过900℃氯化氢环境使用的材料，对于如此高温度且含有氯化氢环境下的腐蚀机理，国内外尚没有报道。因此，本专利技术需要通过大量的实验来获得合金元素抗氯化氢腐蚀的机理，验证其抗氯化氢腐蚀的能力，进而设计合金。
[0016]在解决高温氯化氢腐蚀问题的同时，还需要解决抗混合熔盐腐蚀能力，并兼顾高温强度，而高温强度与抗高温氯化氢腐蚀及抗混合熔盐腐蚀有时是矛盾的。例如，Mo元素，在高温下，由于氯离子和氧离子的存在，Mo元素会产生挥发性的氯化物，导致合金失重，从而不利于抗高温氯化氢腐蚀性能。本专利技术另一个难点是解决合金的高温高强度与抗高温氯化氢腐蚀、抗混合熔盐腐蚀的矛盾。
[0017]W和Mo是强固溶强化元素，尤其在高温下的强化效果显著。Mo和W的加入会增加晶格错配度，提高合金力学性能。但是，过高的W含量和Mo对抗混合熔盐腐蚀不利，且可能对高温氯化氢腐蚀不利。需要综合考虑W和Mo的协同强化作用，同时考虑其不利的抗热腐蚀性能。因此，本专利技术将W的含量控制在3.0～5.0wt％，Mo的含量为1.0～2.5％。
[0018]Ta和Ti元素都是γ
′
相形成元素，有利于提高合金的力学性能。Ta和Ti的协同作用对抗混合熔盐腐蚀有利，也有利于提高抗氯化氢腐蚀能力。而且，适当的Ta含量能够减小铸造过程中枝晶间的溶质对流，提高合金的铸造性能。但是，Ta的密度高，价格也较高。因此，本专利技术控制Ta含量在3.0～6.0wt％之间。优化后，本专利技术控制Ta含量在4.0～5.5wt％之间，Ti控制在3.0～4.0wt.％。
[0019]Co对TCP相有抑制作用，同时可能对抗氯化氢腐蚀性能有益，但过高的Co含量会降低固溶温度，导致合金高温性能的降低，为保证合金的高温性能，Co含量控制在8.0～11.0wt％。
[0020]Al是γ
′
相形成元素，对合金的强化非常有益。同时，Al元素对合金抗高温氯化氢腐蚀有益。Cr是提高合金抗热腐蚀性能的关键元素，对抗混合熔盐腐蚀有益，而Al对高温抗混合熔盐腐蚀的能力也不足。Al和Cr的协同作用一方面强化合金，另一方面实现优势互补，发挥各自的强项。但是，过量Al和Cr的加入，将增加Nv值，可能析出TCP相，对合金性能不利。因此，将Al含量控制在3.0～6.0％。优化后，本专利技术控制Al含量在3.5～4.5％，将Cr含量控制在11.5～13.0wt％。
[0021]适量C的加入可提高合金的铸造性能。适量的碳化物有利于提高性能。碳的含量控制在0～0.2％，但过量碳的加入会降低合金的性能，因此，将碳含量控制在0.05～0.15％。
[0022]B可净化晶界，提高合金的力学性能，但会增加合金的共晶体积分数，增加合金的固液凝固区间，降低固溶温度。因此，硼的含量必须严格控制在0.005～0.02％之间。
[0023]本专利技术所述高温合金利用纯Ni、Co、Cr、W、Mo、Ta、Al、Ti、C、B等元素在真空感应炉中熔炼，并浇注成化学成分符合要求的母合金。然后再通过试棒模壳浇注成试棒。高温合金使用前需经过热处理。
[0024]本专利技术提供的一种高温氯化氢环境下使用的高温合金，其高温性能与国外典型的高温氯化氢环境下使用的高温合金ЖC6К性能相当，并适合高温氯化氢环境使用。
[0025]本专利技术的优点及有益效果如下：
[0026](1)目前国内没有在高温(超过900℃)氯化氢环境下使用的高温合金材料，本专利技术提供一种在高温氯化氢环境下使用的高温合金。
[0027](2)本专利技术合金的抗高温氯化本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高温氯化氢环境下使用的高温合金，其特征在于：按重量百分含量计，该合金化学成分如下：Cr：10.0～13.0％，Co：8.0～11.0％，Mo：1.0～2.5％，W：3.0～5.0％，Ta：3.0～6.0％，Al：3.0～6.0％，Ti：3.0～4.0％，C：0～0.2％，B：0～0.05％，其余为Ni。2.按照权利要求1所述的高温氯化氢环境下使用的高温合金，其特征在于：按重量百分含量计，该合金化学成分如下：Cr：11.5～13％，Co：9.0～10.5％，Mo：1.5～2.3％，W：3.5～4.5％，Ta：4.0～5.5％，Al：3.5～4.5％，Ti：3.0～4.0％，C：0.05～0.15％，B...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢光，张健，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：
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