[发明专利]合金组合物

说明书

技术领域

本发明涉及合金组合物，特别是涉及镍基合金组合物。本发明的合金组合物特别适合于通过铸造而不是通过锻造过程(即，加工、锻制或锤打等)而形成产品。在其它应用中，本发明的合金适合于高压蒸汽涡轮应用，例如，在发电站中的应用。

背景技术

在燃煤火电厂中力争降低二氧化碳排放并提高效率已使世界各地开展关于能够在700℃+蒸汽温度和至多80MPa或高达100MPa的压力下进行材料开发的很多工作。在这些升高的温度和压力下，钢不具备足够的强度，所以替代材料的开发都集中在镍合金中。

镍合金发展一般集中在两大类合金中，固溶强化合金和沉淀强化合金。固溶合金在强度上低于其沉淀硬化对应物，所以具有降低的应力断裂强度，但是具有良好的延展性和可焊性。沉淀强化合金已被用于喷气发动机。

发明内容

因此，本发明寻求提供一种新的合金组合物。特别是，本发明寻求对高于700℃甚至可能高于750℃的发电厂操作提供具有所需应力断裂强度的可铸造合金组合物。

因此，本发明提供一种合金，以质量％计由以下物质组成：24.0～26.0％的Cr、19.0～22.0％的Co、1.00～1.60％的Al、1.00～1.60％的Ti、至多1.50％的Fe、至多0.020％的C、至多0.40％的Si、至多0.50％的Mn、至多0.50％的Cu、至多0.50％的Mo、至多0.50％的Nb、至多0.005％的B、至多0.03％的Zr、至多0.10％的V、至多0.02％的Mg、至多0.25％的Ta、至多0.010％的S、至多0.015％的P、至多0.20％的W、至多0.02％的Ca、至多0.05％的N、至多80ppm的Zn、至多60ppm的Sn、至多20ppm的Pb，以及平衡量的Ni与杂质。

本发明的合金被沉淀强化，并因此具有比以前使用的固溶强化的镍合金更高的应力断裂强度。此外，该合金组合物是可铸造的。

附图说明

下面将参考附图通过实例对本发明进行充分描述，其中：

图1是示出在550℃～760℃下操作的各种钢和Ni合金的相对应力断裂强度与温度的曲线图。曲线图中包含的镍合金被提出作为高于700℃的工厂操作的潜在合金；

图2是示出热处理后的铸造合金中裂缝的SEM显微照片；

图3是示出图2的合金中存在的多个相的平衡相图；

图4是示出图2的合金中的MX相、η相和M₂₃C₆相的平衡相图；

图5是示出本发明的合金中存在的多个相的平衡相图；

图6示出了根据本发明的合金的MX的组成；

图7是示出γ'％与铌浓度的平衡相图；

图8是示出Nb MX％与碳含量的平衡相图；

图9是示出Nb和C对Nb MX含量的组合影响的平衡相图；

图10～13是示出Nb固定为0.25％的碳含量范围的MX预测的平衡相图；

图14是对合金740的Scheil计算；

图15示出钽对γ′质量％的影响；

图16示出Mo对γ′质量％的预测有益影响；

图17是比较本发明合金与用于高级超临界(A-USC)应用的其它铸造候选Ni合金的室温拉伸强度的条形图；

图18是比较本发明合金与用于A-USC应用的其它铸造候选Ni合金的室温屈服强度的条形图；

图19是比较本发明的合金与合金263的室温伸长率和面积缩减率的图表；

图20是比较本发明合金(G130和G130B)与其它候选铸造A-USC Ni合金的公共领域数据的关于Larsen Miller参数与应力断裂强度绘制的曲线图；以及

图21是不同截面尺寸的G130和G130B的关于Larsen Miller参数与应力断裂强度绘制的曲线图；

图22示出热处理后的G130B铸造合金的SEM显微照片，没有观察到MX裂缝。

具体实施方式

在寻求具有在高于700℃的温度下的高应力断裂强度(例如，用于发电厂的高压蒸汽涡轮壳体、阀或(辅助)阀组件)和通过铸造能形成产品的合金组合物，本发明人考虑了表1所示的Ni合金。

表1：700℃的典型化学组成+候选合金

这些合金通过固溶强化机制(SS)或通过沉淀硬化(PH)加强。这些机制在下面进行简要描述。