一种镍基耐热合金及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于耐热合金技术领域，具体涉及一种镍基耐热合金及其制备方法和应用

【技术实现步骤摘要】
一种镍基耐热合金及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于耐热合金
，具体涉及一种镍基耐热合金及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]当前，我国开始进行
630℃
→
650℃
→
700℃
高参数超超临界电站技术攻关，世界首台
630℃
超超临界电站示范工程正在建设，
650℃
超超临界电站技术正在论证设计
。
耐热材料是制约火电机组向更高参数发展的主要“瓶颈”问题，为满足
650℃
超超临界电站的建设要求，需开发
650℃
超超临界汽轮机转子用耐热材料
。
[0003]650℃
超超临界火电机组对汽轮机转子锻件用耐热合金的性能要求主要表现在以下几个方面：
(1)
良好的高温持久强度，
650℃105h
外推持久强度
>100MPa
；
(2)
优异的高温长时组织稳定性；
(3)
良好的室温和高温瞬时强度；
(4)
良好的抗高温蒸汽氧化性能；
(5)
良好的冷
、
热加工性能；
(6)
良好的焊接性能
。
研究表明，马氏体耐热钢可用于
630℃
超超临界汽轮机转子，但是随温度继续提高，马氏体耐热钢无法达到
650℃105h
外推持久强度大于
100MPa
的要求，
650℃
及以上超超临界汽轮机转子锻件需采用镍基耐热合金
。
因此，有必要对镍基耐热合金进行研究开发，以满足
650℃
及以上超超临界汽轮机转子锻件的要求
。

技术实现思路

[0004]本专利技术是基于专利技术人对以下事实和问题的发现和认识做出的：
[0005]650℃
超超临界汽轮机转子锻件所需镍基耐热合金铸锭约
10
‑
20
吨级，成品直径在
1000mm
以上，然而镍基耐热合金热加工温度区间较窄，变形抗力大，制造难度极大
。
因此，需结合
650℃
超超临界汽轮机转子服役工况，综合考虑转子锻件的制造工艺性能和耐热材料的力学性能，开展
650℃
超超临界汽轮机转子锻件用镍基耐热合金的开发设计
。
[0006]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一
。
为此，本专利技术的实施例提出一种镍基耐热合金，该合金的强度
、
持久性能和组织稳定性优异，且具有良好的热加工性和焊接性，原材料成本较低，适用于制备
650℃
下长期服役的超超临界汽轮机转子锻件
。
[0007]本专利技术实施例的镍基耐热合金，包括：
C
：
0.05
～
0.08
％，
Cr
：
21.0
～
23.0
％，
Co
：
6.5
～
8.8
％，
Mo
：
6.0
～
8.8
％，
Al
：
0.70
～
1.40
％，
Ti
：
0.40
～
0.80
％，
Nb
：
0.15
～
0.55
％，
B
：
0.002
～
0.005
％，
Zr
：
0.015
～
0.06
％，余量为镍及不可避免的杂质元素，以质量百分比计
。
[0008]本专利技术实施例的镍基耐热合金带来的优点和技术效果，
1、
本专利技术实施例中，通过控制
Co、Mo
元素含量可以改善大锭型中的偏析行为，降低锻造过程中的变形抗力，控制
Mo
元素含量，避免
M6C
的形成，避免焊接过程中由于大尺寸
M6C
形成导致的应力集中和开裂，控制
Co
元素，降低合金线膨胀系数，避免异种材料焊接过程中由于热膨胀系数差异导致的裂纹，提高合金的焊接性能并降低生产成本；
2、
本专利技术实施例中，在合金中添加
Zr
，能够减少晶界缺陷，提高晶界结合力，在
Ti(C,N)
周围形成团簇状
ZrC
，避免应力集中导致的开裂，提高合
金的持久性能，但是
Zr
的添加量较低时会优先进入
γ
′
相中，无法起到晶界强化和形成碳化物的作用，因此，本专利技术实施例中限定
Zr
的添加量为
0.015
～
0.06
％；
3、
本专利技术实施例中，在合金中添加
Nb
元素，促进
MX
相形成，减少
M6C
的形成，进而提高合金的焊接性能，但是当
Nb
元素的添加量过低时，对合金焊接性能的提升非常有限，因此，本专利技术实施例中限定
Nb
的添加量为
0.15
～
0.55
％；
4、
本专利技术实施例中，在合金中不添加
W
和
V
等强偏析倾向元素，能够改善大吨位合金锭的元素偏析，降低镍基合金的变形抗力，改善合金的焊接性能，并能在强度保持较高的水平下，使合金具有更好的塑韧性和持久性能；
5、
本专利技术实施例中，该合金在室温和高温下均具有较好的力学性能，在
20℃
的室温下：抗拉强度
R
m
≥870MPa
，屈服强度
R
p0.2
≥480MPa
，断面收缩率
A≥40
％，断后伸长率
≥40
％，冲击功
A
kv
≥110J
；在
650℃
的高温下：抗拉强度
R
m
≥700MPa
，屈服强度
R
p0.2
≥380MPa
，断面收缩率
A≥41
％，断后伸长率
≥42
％，且
650℃
外推
10
万小时持久强度高于
255MPa
；
6、
本专利技术实施例中，通过将合金中各元素的用量控制在合适的范围内，使得合金的强度保持在较高的水平的同时具有更好的塑性和更高的冲击功，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种镍基耐热合金，其特征在于，包括：
C
：
0.05
～
0.08
％，
Cr
：
21.0
～
23.0
％，
Co
：
6.5
～
8.8
％，
Mo
：
6.0
～
8.8
％，
Al
：
0.70
～
1.40
％，
Ti
：
0.40
～
0.80
％，
Nb
：
0.15
～
0.55
％，
B
：
0.002
～
0.005
％，
Zr
：
0.015
～
0.06
％，余量为镍及不可避免的杂质元素，以质量百分比计
。2.
根据权利要求1所述的镍基耐热合金，其特征在于，所述杂质元素包括
Fe、Mn、Si、S、P、Cu、O、N、H、Pb、Sb、Sn、Bi、As
中的至少一种；按质量百分比计，所含杂质的含量为：
Fe≤0.5
％，
Mn≤0.10
％，
Si≤0.10
％，
S≤0.002
％，
P≤0.008
％，
Cu≤0.05
％，
N≤20ppm
，
O≤10ppm
，
H≤1ppm
，
Pb≤0.001
％，
Sb≤0.0025
％，
Sn≤0.0012
％，
Bi≤0.001
％，
As≤0.002
％
。3.
根据权利要求1所述的镍基耐热合金，其特征在于，所述
Co
和
Mo
的含量满足关系式：
6.7
×
Mo
‑
50.7≤Co≤
‑
1.65
×
Mo+25.3
，其中
Co
和
Mo
分别指镍基耐热合金中元素
Co
和
Mo
的质量百分比去除百分号的数值
...

【专利技术属性】
技术研发人员：何西扣，刘正东，任文浩，包汉生，唐正焮，李根，
申请(专利权)人：钢铁研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：