一种镍基耐热合金制造技术

一种镍基耐热合金，属于耐热合金技术领域。化学成分重量百分含量为：C：0.02~0.05%，Si：0.6%?max，Mn≤0.02，S≤0.02，P≤0.02，Cr：19~21%，Al：1~2%，Ti：1.5~3.0%，Mo：5~10%，W：2~10%，Nb：0~1.5%，B：0.002~0.005%，Zr：0.05~0.2%，Ni：余量。优点在于，与现有技术相比，调整Mo含量，添加W以及微量元素B、Zr、Nb，成本提高不大，但时效后的室温力学性能均显著提高，尤其是高温力学性能显著增加。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于耐热合金
，特别是提供了一种镍基耐热合金，制备工作在高温燃气或蒸汽腐蚀环境中的叶片材料。
技术介绍
在现有技术中，工作在高温燃气或蒸汽腐蚀环境中的叶片材料，按使用温度的不同，主要有马氏体耐热钢、奥氏体耐热钢和高温合金。近年来，为进一步将火电机组的净效率提高到50%以上，就必须将汽轮机蒸汽温度提高到700°C以上。发展高参数高效率的超超临界机组，常规的耐热钢材料已不能满足700°C温度参数下叶片的使用要求，但对于镍基合金来说，由于其Y '沉淀强化在高温下能维持其蠕变强度，使其具有良好的高温性能，并且已成功应用于发动机和燃气轮机的高温部件，使用温度达到900°C以上。为此欧洲、日本、美国等世界发达国家和地区制订了一系列的研究发展计划，计划中均以镍基合金作为超超临界机组叶片材料。随着我国超超临界机组及燃气轮机的快速发展，对材料的性能要求也越来越高，在选材上国外的一些先进技术经验值得我们借鉴。USC141合金为日本700°C超超临界火电机组研发计划中的备选叶片材料之一。USC141最初用于60(T650°C蒸汽参数的部件，如叶片、铸件等，目前欲将其用于700°C蒸汽参数的部件，其力学性能、组织稳定性还有待进一步提闻。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种镍基耐热合金，以USC141耐热合金(由Hitachi和Hitachi Metals共同研发的 一种用作叶片和螺栓材料的低膨胀镍基合金，来源于低膨胀合金Alloy252，其膨胀系数与铁素体钢相同)为基础、调整其主要元素成分并添加强化元素实现显著提高时效后的力学性能，其化学成分如下本专利技术的化学成分重量百分含量为C 0. 02 O. 05%, Si 0. 6% max, Mn ( O. 02，，S 彡 O. 02，P 彡 O. 02，Cr : 19 21%，Al Γ2%, T1:1. 5 3. 0%, Mo :5 10%，W :2 10%，Nb :0 1· 5%,B 0. 002 O. 005%, Zr 0. 05 O. 2%, N1:余量。根据上述目的本专利技术采用在USC141耐热合金的基础上，通过调整Mo含量，并添加W、Nb、B、Zr等合金元素，实现了显著提高室、高温力学性能的目的。镍基合金通常采用固溶强化、沉淀强化和晶界强化三种强化方式。上述专利技术技术方案的工艺原理是固溶强化元素W，沉淀强化元素Nb以及晶界强化元素B和Zr。运用Thermo-calc软件对调整W和Mo元素含量后合金中各强化相的析出量变化趋势进行了热力学模拟计算，计算结果由图1、2和3所示。图1为调整Mo和W元素含量对Y '相的影响，由图可见，调整Mo含量，添加W元素，能少量促进Y '相的沉淀；图2为调整Mo和W元素含量对M23C6的影响，由图可见，调整Mo含量，添加W元素，能提高M23C6的完全溶解温度，对其析出量影响不大；图3为调整Mo和W元素含量对M6C的影响，由图可见，调整Mo含量，添加W元素，能促进M6C的析出，并提高M6C的析出温度。所以，调整Mo含量，添加W元素，能提高M23C6和M6C的转变温度，促进Y /相的沉淀和M6C的析出，提升了 Y '相的沉淀强化作用和碳化物的晶界强化作用，能综合提高材料的力学性能。但W含量不能添加太多，否则长期运行过程中易形成有害相P相，失去强化效果。Nb能促进Y，相的析出，延缓Y /相的聚集长大过程，可提高合金的高温强度。但是Nb具有很强的电负性，极易促进TCP相的析出，而且Nb严重损失合金的抗氧化性能，因此高温合金中的Nb含量一般均低于3%。B和Zr是强化晶界元素，可以吸附在晶界附近造成局部合金化，减缓晶界附近的扩散过程及稳定晶界微量相形态，能抑制晶界片层状、胞状析出相以及改善碳化物密集不均匀分布的状态。而且B在晶界偏聚，可以结合一定数量的TCP相形成元素形成M3B2硼化物(一种高温合金材料的间隙相)，提高合金组织稳定性，因而对热强性有利。根据上述目的和工艺原理本专利技术的技术方案为在USC141耐热合金化学成分的基础上，调整Mo含量，添加2 10%W、0 1. 5%Nb、0. 002 O. 005%B、0. 05 O. 2%Zr，在相同的热处理工艺下，新合金经高温时效后的力学性能可以显著提高。本专利技术与现有技术相比，调整Mo含量，添加W以及微量元素B、Zr、Nb，成本提高不大，但时效后的室温力学性能均显著提高，尤其是高温力学性能显著增加。附图说明图1为调整Mo和W元素含量对各强化相的影响，促进Y ’相的沉淀。图2为调整Mo和W元素含量对各强化相的影响，能提高M23C6相互转变温度。图3为调整Mo和W 元素含量对各强化相的影响，能提高M6C的相互转变温度。具体实施方式 实施例1 :试验料选用在USC 141耐热合金化学成分标准的基础上，调整Mo含量，添加2 10%W、0 1. 5%Nb、0. 002 O. 005%B、0. 05 O. 2%Zr,采用化学成分见表I,实验料Mo和W外的其它成分均与现有技术相同。实施例1与现有技术的室温力学性能对比表见表2。本专利技术制定了多种热处理工艺，经相同热处理后，实施例1的室温力学性能均较现有技术的室温力学性能有所提升。上述列表中序号2-7为本专利技术实施例1，序号I为现有技术的钢种。表I为本专利技术实施例1用化学成分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种镍基耐热合金，其特征在于，化学成分重量百分含量为：C：0.02~0.05%，Si：0.6%?max，Mn≤0.02，，S≤0.02，P≤0.02，Cr：19~21%，Al：1~2%，Ti：1.5~3.0%，Mo：5~10%，W：2~10%，Nb：0~1.5%，B：0.002~0.005%，Zr：0.05~0.2%，Ni：余量。

【技术特征摘要】
1. 一种镍基耐热合金，其特征在于，化学成分重量百分含量为C :0. 02、. 05%，Si ·O. 6% max,Mn 彡 O. 02，，S 彡 O. 02,P ^ O. 02,Cr :19 2...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨钢，王鲁，刘正东，程世长，王立民，林肇杰，李密，
申请(专利权)人：钢铁研究总院，
类型：发明
国别省市：