專利名稱：一種鎳基耐熱合金的制作方法
技術領域：
本發明屬于耐熱合金技術領域，特別是提供了一種鎳基耐熱合金，制備工作在高溫燃氣或蒸汽腐蝕環境中的葉片材料。
背景技術：
在現有技術中，工作在高溫燃氣或蒸汽腐蝕環境中的葉片材料，按使用溫度的不同，主要有馬氏體耐熱鋼、奧氏體耐熱鋼和高溫合金。近年來，為進一步將火電機組的凈效率提高到50%以上，就必須將汽輪機蒸汽溫度提高到700°C以上。發展高參數高效率的超超臨界機組，常規的耐熱鋼材料已不能滿足700°C溫度參數下葉片的使用要求，但對于鎳基合金來說，由于其Y '沉淀強化在高溫下能維持其蠕變強度，使其具有良好的高溫性能，并且已成功應用于發動機和燃氣輪機的高溫部件，使用溫度達到900°C以上。為此歐洲、日本、美國等世界發達國家和地區制訂了一系列的研究發展計劃，計劃中均以鎳基合金作為超超臨界機組葉片材料。隨著我國超超臨界機組及燃氣輪機的快速發展，對材料的性能要求也越來越高，在選材上國外的一些先進技術經驗值得我們借鑒。USC141合金為日本700°C超超臨界火電機組研發計劃中的備選葉片材料之一。USC141最初用于60(T650°C蒸汽參數的部件，如葉片、鑄件等，目前欲將其用于700°C蒸汽參數的部件，其力學性能、組織穩定性還有待進一步提聞。

發明內容
本發明的目的在于提供一種鎳基耐熱合金，以USC141耐熱合金(由Hitachi和Hitachi Metals共同研發的 一種用作葉片和螺栓材料的低膨脹鎳基合金，來源于低膨脹合金Alloy252，其膨脹系數與鐵素體鋼相同)為基礎、調整其主要元素成分并添加強化元素實現顯著提高時效后的力學性能，其化學成分如下本發明的化學成分重量百分含量為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。根據上述目的本發明采用在USC141耐熱合金的基礎上，通過調整Mo含量，并添加W、Nb、B、Zr等合金元素，實現了顯著提高室、高溫力學性能的目的。鎳基合金通常采用固溶強化、沉淀強化和晶界強化三種強化方式。上述發明技術方案的工藝原理是固溶強化元素W，沉淀強化元素Nb以及晶界強化元素B和Zr。運用Thermo-calc軟件對調整W和Mo元素含量后合金中各強化相的析出量變化趨勢進行了熱力學模擬計算，計算結果由圖1、2和3所示。圖1為調整Mo和W元素含量對Y '相的影響，由圖可見，調整Mo含量，添加W元素，能少量促進Y '相的沉淀；圖2為調整Mo和W元素含量對M23C6的影響，由圖可見，調整Mo含量，添加W元素，能提高M23C6的完全溶解溫度，對其析出量影響不大；圖3為調整Mo和W元素含量對M6C的影響，由圖可見，調整Mo含量，添加W元素，能促進M6C的析出，并提高M6C的析出溫度。所以，調整Mo含量，添加W元素，能提高M23C6和M6C的轉變溫度，促進Y /相的沉淀和M6C的析出，提升了 Y '相的沉淀強化作用和碳化物的晶界強化作用，能綜合提高材料的力學性能。但W含量不能添加太多，否則長期運行過程中易形成有害相P相，失去強化效果。Nb能促進Y，相的析出，延緩Y /相的聚集長大過程，可提高合金的高溫強度。但是Nb具有很強的電負性，極易促進TCP相的析出，而且Nb嚴重損失合金的抗氧化性能，因此高溫合金中的Nb含量一般均低于3%。B和Zr是強化晶界元素，可以吸附在晶界附近造成局部合金化，減緩晶界附近的擴散過程及穩定晶界微量相形態，能抑制晶界片層狀、胞狀析出相以及改善碳化物密集不均勻分布的狀態。而且B在晶界偏聚，可以結合一定數量的TCP相形成元素形成M3B2硼化物(一種高溫合金材料的間隙相)，提高合金組織穩定性，因而對熱強性有利。根據上述目的和工藝原理本發明的技術方案為在USC141耐熱合金化學成分的基礎上，調整Mo含量，添加2 10%W、0 1. 5%Nb、0. 002 O. 005%B、0. 05 O. 2%Zr，在相同的熱處理工藝下，新合金經高溫時效后的力學性能可以顯著提高。本發明與現有技術相比，調整Mo含量，添加W以及微量元素B、Zr、Nb，成本提高不大，但時效后的室溫力學性能均顯著提高，尤其是高溫力學性能顯著增加。


圖1為調整Mo和W元素含量對各強化相的影響，促進Y ’相的沉淀。圖2為調整Mo和W元素含量對各強化相的影響，能提高M23C6相互轉變溫度。圖3為調整Mo和W 元素含量對各強化相的影響，能提高M6C的相互轉變溫度。
具體實施方式
實施例1 :試驗料選用在USC 141耐熱合金化學成分標準的基礎上，調整Mo含量，添加2 10%W、0 1. 5%Nb、0. 002 O. 005%B、0. 05 O. 2%Zr,采用化學成分見表I,實驗料Mo和W外的其它成分均與現有技術相同。實施例1與現有技術的室溫力學性能對比表見表2。本發明制定了多種熱處理工藝，經相同熱處理后，實施例1的室溫力學性能均較現有技術的室溫力學性能有所提升。上述列表中序號2-7為本發明實施例1，序號I為現有技術的鋼種。表I為本發明實施例1用化學成分
權利要求
1. 一種鎳基耐熱合金，其特征在于，化學成分重量百分含量為C :0. 02、. 05%，Si ·O. 6% max,Mn 彡 O. 02，，S 彡 O. 02,P ^ O. 02,Cr :19 21%，Al Γ2%,Τ :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。
全文摘要
一種鎳基耐熱合金，屬于耐熱合金技術領域。化學成分重量百分含量為C0.02~0.05%，Si0.6% max，Mn≤0.02，S≤0.02，P≤0.02，Cr19~21%，Al1~2%，Ti1.5~3.0%，Mo5~10%，W2~10%，Nb0~1.5%，B0.002~0.005%，Zr0.05~0.2%，Ni余量。優點在于，與現有技術相比，調整Mo含量，添加W以及微量元素B、Zr、Nb，成本提高不大，但時效后的室溫力學性能均顯著提高，尤其是高溫力學性能顯著增加。
文檔編號C22C19/05GK103060616SQ201210572668
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月25日 優先權日2012年12月25日
發明者楊鋼, 王魯, 劉正東, 程世長, 王立民, 林肇杰, 李密 申請人:鋼鐵研究總院