[发明专利]一种含稀土的高铁镍铁基双相合金

说明书

技术领域

本发明涉及一种稀土镍铁基合金，具体涉及一种含稀土的高铁镍铁基双相合金。 

技术背景

目前，我国600℃超超临界发电技术水平和建成机组都占据世界首位。为解决急增的用电需求、日益凸显的能源紧缺及环境污染问题，在600℃超超临界发电技术基础上进一步提高火电机组蒸汽参数(温度和压力)已成为必然的趋势。 

然而，在600℃机组的运行过程中，材料(主要为粗晶、细晶18Cr-8Ni不锈钢及高Cr奥氏体耐热钢)的蒸汽侧氧化是不可忽视的问题。高温水蒸汽下过/再热器管内壁形成氧化膜，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(如温度达700℃)，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。这是因为，更高温度时过/再热器管材的氧化将更为严重：氧化膜的形成和生长速度都将大幅提高，管内壁将形成更厚的氧化膜；随着厚度增加，氧化膜的剥落倾向加大。 

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，即合金应具备氧化速率低、形成的氧化膜与基体金属的粘附性能好这两个重要特征。 

目前，针对超超临界电站锅炉高温部件用材料的研发，多从增加Cr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.％。这些合金抗蚀性强，但难以加工、焊接性能差、成本高。与之相反，成本较低且易加工的Ni-Fe基合金如GH2984虽含19wt.％的Cr，仍不满足抗蚀性的要求。 

发明内容

本发明的目的在于提供了一种含稀土的高铁镍铁基双相合金，该高铁镍铁基双相合金具有较好的强度，在850℃以下具有良好的抗氧化性能以及抗腐蚀能力。 

为了达到上述目的，本发明该高铁镍铁基双相合金包括以下化学成分：C、Cr、Fe、Al、Si、Ti、Nb、Mo、W、Mn、Y以及Ni；其中，按质量分数，0<C<0.1％、18％≤Cr≤25％、25％≤Fe≤40％、0.8％≤Al≤1.5％、0.01％≤Si≤0.08％、1％≤Ti≤2.5％、1％≤Nb≤2％、0≤Mo≤1％、0≤W≤1％、0≤Mn≤1％、0<Y≤0.15％，余量为Ni。 

该高铁镍铁基双相合金中包含γ相和γ′相，γ′相为Ni₃(Al,Ti)，且γ′相占高铁镍铁基双相合金总体积的14％-20％。 

所述的Y的质量分数为0.05％-0.1％。 

所述的Fe的质量分数为25％-35％。 

所述的Cr的质量分数为20％-25％。 

0.2％≤Mo≤1％、0.4％≤W≤1％、0.2％≤Mn≤1％。 

与现有技术相比，本发明的有益效果在于： 

首先，本发明合金中的Cr是保证合金在高温环境中具有良好抗氧化性能的最重要的元素。而且随着Cr含量增加，本发明合金的耐腐蚀性能增强。本发明合金中的Al在提高合金抗高温氧化性能中起到重要的作用。当Cr含量相同时，Al含量高的合金其抗氧化性能明显优于Al含量较低的合金。鉴于此，本发明的合金中添加了质量含量不低于0.8％的Al，但Al的质量含量不大于1.5％，这是因为过高的Al含量将使合金的塑韧性恶化，降低合金的热加工性能与焊接性能。本发明中Si与Al的作用相似，Si主要通过两方面来提高Ni-Fe基合金的抗高温氧化性能，即：①当Si的含量足够高时，在氧化膜与金属基体间形成SiO₂非晶层，其缺陷浓度低，可起到很好的扩散障作用；②优先形成的SiO₂可为Cr₂O₃提供形核质点，从而促进Cr₂O₃的快速生长。此外，经过研究表明，适量Si的加入还可提高Cr₂O₃膜的粘附性。然而，与Al一样，Si质量含量过高时会降低Ni-Fe基合金的塑韧性。鉴于此，本发明合金中Si的质量含量应控制在0.01％-0.08％。