[发明专利]700℃超超临界火电机组用高温合金过热器管材材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新的高温合金过热器管材材料及其制备方法，特别是一种700℃超超临界火电站机组用高温合金过热器管材材料及其制备方法，属于材料制备领域。

背景技术

过热器管材是700℃超超临界火电站机组的核心材料，700℃超超临界火电站机组的使用寿命主要取决于过热器管材的性能。过热器管材在700-750℃高温下长期使用，要求具有很高的组织稳定性和高温持久强度，管内壁长期在高压30-40MPa的水蒸气环境中，易发生爆管事故，此外管外壁长期在氧化、硫化等气氛中，极易遭受热腐蚀。在当今社会高度发达的时代，随着全世界急需解决能源和环境两大问题的重要方向，对火力发电站机组的效率也提出了更高的要求。众所周知，过热器管材的耐腐蚀性越好，使用寿命越长，火力发电站机组的效率就越高。目前，普通的火力发电站机组过热器管材使用的是传统的铁素体、奥氏体耐热钢以及镍基高温合金，这一类传统的过热器管材有较高的蠕变强度和良好的抗高温氧化能力，然而由于这些合金中Mo含量较高，耐烟气腐蚀及沉积硫酸盐腐蚀的能力很弱，并且如果用于700℃超超临界火电站机组过热器管材，长期服役于700℃以上的高温，其持久强度无法满足条件。现阶段，大多数的700℃超超临界火电站机组过热器管材采用Inconel740合金，Inconel740合金提高普通镍基高温合金中Cr的质量分数，并降低Mo的质量分数，从而提高了其抗蒸汽和抗烟气腐蚀能力，同时在其表面形成黏附性良好的Cr、Al等组成稳定氧化膜，使得氧化过程中的反应物的扩散率很低，从而提高了其抗氧化性。但是，由于Inconel740合金中提高了Cr元素的质量分数，使得合金的加工性能变差，不利于过热器管材的成型，在制造该合金大尺寸厚壁管材的过程中，会在焊接热影响区晶界处出现液化微裂纹，并且在800℃长期服役的过程中由于时效过程出现组织不稳定的问题。针对Inconel740合金的这一系列问题，北京科技大学的研究专家在Inconel740合金的基础上通过合金成分优化，发明了Inconel740H合金，该研究通过降低Inconel740合金中Nb、Ti、Si等微量元素的质量分数，同时提高合金中的Al元素的质量分数，该合金一定程度上提高了其表面稳定氧化膜Al₂O₃的厚度，从而提高了其抗氧化性，但是其合金加工性能并没有得到改善，过热器管材界面尺寸和壁厚的增大使得挤压成型的方法因受到最大挤压力的限制而无法实现，仍然需要使用焊接过热器管材，会在焊接热影响区晶界处出现液化微裂纹，并且在800℃长期服役的过程中由于时效过程出现组织不稳定的问题。

虽然，目前已经制备出了一些700℃超超临界火电站机组用高温合金过热器管材材料，并且具有了一定性能，但这远远不能满足过热器管材的要求，新型的制备700℃超超临界火电站机组用高温合金过热器管材材料的研制和开发已是势在必行。因此，寻找和研发新的700℃超超临界火电站机组用高温合金过热器管材材料成为本领域的主要问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有的过热器管材材料存在加工性能差，不利于过热器管材成型等问题，提供一种新型的700℃超超临界火电站机组用高温合金过热器管材材料及其制备方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种700℃超超临界火电站机组用高温合金过热器管材材料，所述的管材材料的合金成分为：w(C)为3%，w(Co)为20%，w(Mo)为0.5%，w(Nb)为2%，w(Ti)为1.8%，w(Al)为0.9%，w(Si)为0.5%，w(Mn)为0.3%，w(Fe)为0.7%，w(Sn)为0.5-2%，w(Cr)为23-24.5%，其余为w(Ni)。

上述过热器管材材料按以下方法制备，具体包括以下步骤：

步骤1、将优化后的Inconel740合金采用真空感应熔炼法炼成合金锭子；

步骤2、用真空电弧熔炼法对步骤1中的锭子进行重熔，得到新的合金锭子；

步骤3、将新的合金锭子进行扩散退火；

步骤4、将退火后的合金锭子加工成管材；

步骤5、将合金管材在进行水淬固溶处理。

步骤1中所述优化后的Inconel740合金成分为w(C)为3%，w(Co)为20%，w(Mo)为0.5%，w(Nb)为2%，w(Ti)为1.8%，w(Al)为0.9%，w(Si)为0.5%，w(Mn)为0.3%，w(Fe)为0.7%，w(Sn)为0.5-2%，w(Cr)为23-24.5%，其余为w(Ni)。