[发明专利]一种耐高温熔盐腐蚀、易加工的镍基合金

说明书

一种耐高温熔盐腐蚀、易加工的镍基合金，其化学成分重量百分比为：C：0.02～0.04％，Cr：20.0～24.0％，Mo：5.0～7.0％，W：9.5～11.5％，Al：0.20～0.50％，Si：0.25～0.75％，Mn：0.30～1.00％，其余为Ni及不可避免的杂质，且上述成分含量必须同时满足如下关系式：(Mo+W)/C＝375～850。本发明所述镍基合金不仅具有较高的强度，还具有良好的耐高温熔盐腐蚀性能和优异的冷加工性能，该镍基合金650℃的抗拉强度≥550MPa，屈服强度≥250MPa，延伸率≥60％；750℃的抗拉强度≥480MPa，屈服强度≥240MPa，延伸率≥60％；650℃高温熔盐(硝酸钾53％+亚硝酸钠40％+硝酸钠7％混合介质)环境下，腐蚀速率≤0.035mm/年；40％冷变形量下，延伸率≥10％。

技术领域

本发明属于镍基合金技术领域，具体涉及一种耐高温熔盐腐蚀、易加工的镍基合金。

背景技术

以GH3230合金(该合金化学成分重量百分比为：C：0.05～0.15％，Cr：20.0～24.0％，Mo：1.0～3.0％，W：13.0～15.0％，Al：0.20～0.50％，La：0.005～0.05％，Si：0.25～0.75％，Mn：0.30～1.00％，Fe≤3.0％，其余为Ni和不可避免的杂质)为代表的固溶强化镍基合金，因具有高强度和抗冷热疲劳性能，组织稳定，是航空工业的传统材料，广泛应用于航空发动机重要的热端部件。合金中加入了较高的固溶强化元素C和W，同时添加了微量的稀土元素La、Al、Mn和Si以提高合金的抗氧化性能，通过固溶强化作用，保证合金的强度。

通过对传统GH3230合金的耐腐蚀性能研究，尤其是对晶间腐蚀和高温熔盐腐蚀行为进行了组织观察和机理分析研究，由于合金中含有较高的碳元素和稀土元素La，因此合金组织中易析出大量的M₆C、M₂₃C₆相和富镧相，这些析出相会形成腐蚀源，降低合金的耐蚀性能；另外，合金中含较高的W元素，使得合金在高温熔盐环境中使用时W元素会以WO^4-形式从表面溶解到熔盐，加速合金的腐蚀。组织中大量析出的M₆C相和合金中较多固溶强化元素W显著的促进了合金的冷加工硬化，导致合金冷加工性能急剧下降。试验表明，合金冷加工变形量20％时，合金的延伸率将会降低到7％以下，造成冷加工困难，易产生微裂纹(如图1所示)。

随着太阳能光热发电行业的快速发展，对其核心设备聚热系统的需求日益增长，该设备需要采用超长的薄壁管材(一般规格：外径Φ32mm～57mm，壁厚1.0mm～1.5mm，长度10～30m)，且服役工况恶劣，要经受住30年以上650-750℃高温熔盐腐蚀考验，不仅要求材料具有很高的强度，还对材料的耐高温熔盐腐蚀性能提出更高要求。

传统的GH3230合金是吸热器薄壁管材的主要候选材料，其力学性能满足要求，但在高温熔盐腐蚀环境中，耐腐蚀性能较差，此类工况长时间使用存在风险。另外，该合金冷加工硬化极快，在制造超长薄壁管材时难度极高，生产中必须多道次小变形量加工，否则极易产生微裂纹而报废，造成管材加工成本极高。如何通过重新设计合金成分，调控合金组织和性能，在维持合金原有强度的基础上，提高合金的耐高温熔盐腐蚀性能和冷加工性能，并使得综合性能具有良好匹配性，成为发挥这类镍基合金性能潜力的发展方向。

发明内容

本发明目的在于提供一种耐高温熔盐腐蚀、易加工的镍基合金，该合金不仅具有较高的强度，还具有良好的耐高温熔盐腐蚀性能和优异的冷加工性能，适合制造吸热器设备用超长薄壁管材，且满足650～750℃高温熔盐腐蚀环境的使用要求。该镍基合金650℃的抗拉强度≥550MPa，屈服强度≥250MPa，延伸率≥60％；750℃的抗拉强度≥480MPa，屈服强度≥240MPa，延伸率≥60％；650℃高温熔盐(硝酸钾53％+亚硝酸钠40％+硝酸钠7％混合介质)环境下，腐蚀速率≤0.035mm/年；40％冷变形量下，延伸率≥10％。

为达到上述目的，本发明的技术方案：