一种高铬铁的镍铁基高温合金及其制备方法技术

一种高铬铁的镍铁基高温合金及其制备方法，属于高温用合金材料技术领域，解决现有技术中的合金难以同时具有较高的抗氧化性和易加工性的缺陷。本发明专利技术高铬铁的镍铁基高温合金以质量百分比计包括Fe：30～42％，Cr：18～25％，Ti：1.5～2.5％，Al：1.2～2.5％，Ta：0.5～2％，Hf：0.5～1.5％，Zr：0.02～0.1％，C：0.03～0.1％，B：≤0.006％，余量为Ni。本发明专利技术合金具有优异的耐蚀性能和良好的加工性。优异的耐蚀性能和良好的加工性。优异的耐蚀性能和良好的加工性。

【技术实现步骤摘要】
一种高铬铁的镍铁基高温合金及其制备方法


[0001]本专利技术属于高温用合金材料
，具体涉及一种高铬铁的镍铁基高温合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]我国一次能源具有“富煤、贫油、少气”的显著特征，决定了电力结构中燃煤发电仍将在相当长时期占据主导地位。发展650℃/700℃高蒸汽参数机组是提高燃煤发电效率并降低污染物排放的最有效途径。
[0003]过/再热器管作为超超临界燃煤锅炉的关键部件，工作环境极为恶劣，其管内壁长期受到高温水蒸气的腐蚀易形成氧化膜，这将带来不可忽视的问题：首先导致承受压力的有效壁厚减薄，使管易发生蠕变断裂。其次，低热传导率的氧化膜对管起到一定的屏蔽作用，导致超温。再者，在锅炉启停时，由于与合金的热膨胀系数差别较大，氧化膜易发生剥落，剥落的氧化膜一方面会堵塞过/再热器管从而引发爆管，另一方面被高流速的蒸汽携带出，冲蚀高、中压段汽轮机叶片。大量的实践表明，由氧化膜剥落导致的气流受阻并引发的长期过热是锅炉管失效及电站效益降低的主要原因之一。可以预见，随着蒸汽参数的不断提高，氧化膜的形成和生长速率将大幅提高，氧化膜的剥落倾向也随之加大，由氧化膜的生长和剥落导致的锅炉管失效问题将更为凸显。为保证超超临界锅炉过/再热器管的正常运行，以及实现更高蒸汽参数的火力发电技术，必须开发出具备优良抗氧化能力的合金。
[0004]目前，针对650℃/700℃超超临界电站锅炉过/再热器用材料的研发，多从增加Cr含量、降低Fe含量的角度来改善合金的抗高温氧化性能。如Ni基合金Haynes230、Inconel740H中Cr含量高达25wt.％，Fe含量不足3％。这些合金抗蚀性强，但难以加工、加工过程中易产生裂纹，成本高。但现有的成本较低且易加工的Ni
‑
Fe基合金如GH2984虽含19wt.％的Cr，但其耐蚀性较差。

技术实现思路

[0005]因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中的合金难以同时具有较高的抗氧化性和易加工性的缺陷，从而提供一种高铬铁的镍铁基高温合金及其制备方法。
[0006]为此，本专利技术提供了以下技术方案。
[0007]一种高铬铁的镍铁基高温合金，以质量百分比计包括Fe：30～42％，Cr：18～25％，Ti：1.5～2.5％，Al：1.2～2.5％，Ta：0.5～2％，Hf：0.5～1.5％，Zr：0.02～0.1％，C：0.03～0.1％，B：≤0.006％，余量为Ni。
[0008]进一步的，Cr：19～22％和/或Fe：30～37％。
[0009]一种高铬铁的镍铁基高温合金的制备方法，包括以下步骤：
[0010]步骤1、熔炼制备铸锭；
[0011]步骤2、对铸锭进行退火；
[0012]步骤3、电渣重熔精炼；
[0013]步骤4、均匀化处理；
[0014]步骤5、将均匀化处理后的铸锭锻造成板坯；
[0015]步骤6、对板坯进行热轧；
[0016]步骤7、热处理。
[0017]进一步的，所述步骤2包括：将铸锭在920～980℃保温8
‑
12h后随炉冷却至室温。
[0018]进一步的，所述步骤4包括：将电渣重熔精炼后的铸锭加热至1180～1220℃保温18～28h后冷却至室温。
[0019]进一步的，所述步骤5包括：将均匀化处理后的铸锭在1050～1150℃进行墩
‑
拔锻造，锻造成板坯，其总变形量≥80％，每道次的变形量控制在15～20％。
[0020]进一步的，所述步骤6中，热轧的总变形量为50～75％，每道次变形量控制在15～20％，变形温度为1000～1100℃。
[0021]进一步的，所述步骤7包括：将热轧后的合金在1080～1120℃保温0.5～1h后水冷至室温，随后在1000～1020℃保温0.5～1h，水冷至室温，随后在600～700℃保温7～9h，空冷至室温，再在750～850℃保温4～6小时，然后空冷至室温。
[0022]进一步的，所述步骤1包括：将合金原料在真空感应熔炼炉内熔炼成合金母液，浇铸成铸锭；
[0023]可选的，熔炼时真空度≤1.0
×
10
‑2Pa。
[0024]进一步的，所述步骤3包括：将退火后的铸锭去除表面氧化皮，随后移至电渣重熔炉内，进行电渣重熔精炼；
[0025]所述步骤5还包括在锻造前去除氧化皮。
[0026]所述步骤2具体为：将步骤1制得的铸锭冷却至700℃～900℃进行破真空，取出铸锭，转移到920～980℃的环境进行保温。
[0027]本专利技术技术方案，具有如下优点：
[0028]1.本专利技术提供的一种高铬铁的镍铁基高温合金，以质量百分比计包括Fe：30～42％，Cr：18～25％，Ti：1.5～2.5％，Al：1.2～2.5％，Ta：0.5～2％，Hf：0.5～1.5％，Zr：0.02～0.1％，C：0.03～0.1％，B：≤0.006％，余量为Ni。
[0029]本专利技术同步提高Cr、Fe元素的含量保证合金具有优异的耐蚀性能和良好的加工性，加入适量的Al和Zr，利用第三组元效应降低形成连续Cr2O3膜所需的临界Cr浓度，协同促进Cr2O3膜的快速形成，提高合金的抗氧化性；Ta、Hf降低氧化膜的生长速率，提高氧化膜的致密性和粘附性，从而综合提高合金的抗氧化性。现有的耐热钢在长时、频繁的冷
‑
热交替过程中，氧化膜易发生剥落；本专利技术合金可快速形成Cr2O3膜，且其增厚速率较慢，在700℃水蒸汽中1000h的时长里没有发现有明显的剥落。本专利技术合金具同时具有优异的耐蚀性能和良好的加工性能，成本低廉。
[0030]为提高合金的高温强度，添加了一定量的Ti、Al元素以形成γ
′
强化相；Ta、Hf、Zr元素提高γ
′
相的体积分数和溶解温度，降低其聚集速度，提高其结构稳定性，从而提高合金的组织稳定性和热强性；B元素以强韧化晶界；C元素以形成晶界碳化物，强化晶界。同时，合金中不含Mo、W和Nb元素，避免形成有害的TCP相，避免其对高温强度的影响。
[0031]Cr：促使Cr2O3膜快速形成，起到提高合金抗高温氧化性能的作用。但在镍铁基合金中，特别是合金中Fe的含量高时，高Cr含量将导致α
‑
Cr相析出，可能会损害合金的力学性
能，因此控制其含量控制在18～25％，更优化含量为19～22％。
[0032]Fe：改善合金的加工性和可焊性，降低合金成本。但Fe含量过高时，一方面会降低合金的热强性和抗氧化性能，另一方面将促使TCP相如σ相的析出，还会降低α
‑
Cr的稳定性，损害合金的力学性能，因而控制其含量不高于42％，更优化为30～37％。
[0033]Ta和Hf协同作用：可显著提高合金表层Cr2O3膜与基体的结合力，降低Cr2O3膜的生长速率，从而提高合金的抗氧化性能。此外，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高铬铁的镍铁基高温合金，其特征在于，以质量百分比计包括Fe：30～42％，Cr：18～25％，Ti：1.5～2.5％，Al：1.2～2.5％，Ta：0.5～2％，Hf：0.5～1.5％，Zr：0.02～0.1％，C：0.03～0.1％，B：≤0.006％，余量为Ni。2.根据权利要求1所述的高铬铁的镍铁基高温合金，其特征在于，Cr：19～22％和/或Fe：30～37％。3.一种权利要求1或2所述的高铬铁的镍铁基高温合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、熔炼制备铸锭；步骤2、对铸锭进行退火；步骤3、电渣重熔精炼；步骤4、均匀化处理；步骤5、将均匀化处理后的铸锭锻造成板坯；步骤6、对板坯进行热轧；步骤7、热处理。4.根据权利要求3所述的高铬铁的镍铁基高温合金的制备方法，其特征在于，所述步骤2包括：将铸锭在920～980℃保温8
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12h后随炉冷却至室温。5.根据权利要求3所述的高铬铁的镍铁基高温合金的制备方法，其特征在于，所述步骤4包括：将电渣重熔精炼后的铸锭加热至1180～1220℃保温18～28h后冷却至室温。6.根据权利要求3所述的高铬铁的镍铁基高温合金的制备方法，其特征在于，所述步骤5包括：将均匀化处理后的铸锭在1050～1150℃进行墩
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【专利技术属性】
技术研发人员：杨珍，杨辉，杨征，黄乐政，屠亮，袁勇，鲁金涛，周永莉，黄锦阳，陈锋，郑卫东，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司华能浙江能源开发有限公司玉环分公司，
类型：发明
国别省市：