[发明专利]一种超超临界锅炉用镍基无缝管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超超临界锅炉用镍基无缝管及其制造方法，具体讲是超超临界锅炉过热器和再热器用镍基无缝管及其制造方法。

背景技术

电力是现代社会使用的最主要能源，是工农业生产、经济社会快速发展的重要保障。直至21世纪，燃煤发电仍然是世界很多国家的重要发电形式，尤其是煤炭资源占能源比重大的国家，例如中国，燃煤发电一直占据电力生产的主导地位，目前我国火力发电占电力生产总量的80%以上，并将在相当长时期内这种局面不会改变。

燃煤发电消耗了大量的、不可再生的煤炭资源，并且产生CO2、SO2、NOX等气体严重影响人们的生存环境。燃煤发电机组在诞生之日起就不断改进，经历了由中压、高压、超高压机组向亚临界机组、超临界机组、超超临界机组的发展过程。因此，提高发电机组的蒸气温度和蒸气压力、提高工作效率、降低煤耗、减少排放是未来火力发电的重要发展方向。这就需要由目前的超临界机组、超超临界（600-620℃）机组向先进超超临界（700℃以上）机组发展转变，而锅炉用材料也需由目前的奥氏体耐热钢向镍基高温合金转变。目前，世界各国正致力于开展700℃超超临界（A-USC）燃煤发电技术，并对新一代耐热材料进行研发，尤其以欧洲、美国、日本研究发展最快。

由于过热器和再热器管材在使用过程中面临高温、高压、烟气腐蚀、水蒸气腐蚀等异常苛刻的工作环境，因此要求材料具有：（1）耐高温的持久强度；（2）耐烟气侧的高温腐蚀；（3）抗蒸汽侧氧化及氧化层剥落；（4）良好的抗热疲劳等性能。Inconel617镍基高温合金作为先进超超临界锅炉过热器和再热器主要候选材料，已经经历了十余年的研究历史，积累了大量的实验数据。在实际测试过程中发现，Inconel617在温度为750℃（700℃蒸气参数锅炉过热器向火面温度）时，其持久强度无法满足100MPa/10⁵h要求。因此，如何能够有效的提高材料Inconel617的高温持久强度，是研究的重要课题之一。

发明内容

为了克服现有超超临界锅炉用镍基无缝管的上述不足，本发明提供一种超超临界锅炉用镍基无缝管。这种镍基无缝管可以满足超超临界锅炉过热器和再热器的700℃—100MPa/10⁵h使用环境要求。同时提供这种镍基无缝管的制造方法。

本发明的思路是：材料的高温蠕变持久性能的提高可以通过控制成品管材合适晶粒尺寸、严格控制晶界强化元素含量、增加析出物体积分数来实现。

在先进超超临界电站锅炉过热器和再热器的服役温度下，材料的晶界强度显著低于晶内强度。因此，在满足室温及高温基本力学性能的前提下，增加晶粒尺寸，可以使持久强度有所提高；B元素具有净化晶界、提高合金蠕变持久的作用。但是如果B含量过低，此种作用不明显；B含量过高，则容易在晶界产生硼化物，降低合金的总体性能，并且过高B含量对焊接性能产生不利影响。通过严格控制合金中B元素含量，使其处于合理范围，可以达到提高合金高温蠕变持久的作用；通过提高合金中Al、Ti含量，并使其处于合理配比范围，增加γ’析出物的体积分数，可以有效的提高合金高温持久性能。

本超超临界锅炉过热器和再热器用镍基无缝管成分的质量百分配比为：

Cr  21~25%； Al  1.0~2.5%； Co 9.0~15%； Mo  6~10%；

C  0.03~0.06%； Ti  0.8~2.5%；  B  0.002~0.004%；   Zr≤0.1%；

Mg≤0.05%；  S≤0.015%；P≤0.03%；   Cu≤1%；   Fe≤2%；

N≤0.01%；  O≤0.01%；

  其余为Ni与不可避免的杂质。

经过固溶+时效处理后，本发明之镍基无缝管显微组织为奥氏体+细小弥散第二相，晶粒度为1~3级。这种无缝管的外形尺寸一般长3000~8000mm，外径30~60mm，壁厚5~12mm。

本超超临界锅炉过热器和再热器用镍基无缝管的制造方法包括下述依次的步骤： 

原料准备→真空感应冶炼→模铸→气氛保护电渣重熔→均匀化退火→锻造开坯→管坯预处理→热挤压→荒管固溶热处理→冷轧→固溶+时效热处理→酸洗→探伤→包装。

本超超临界锅炉过热器和再热器用镍基无缝管的制造方法的步骤特征是：

一、冶炼

将符合真空感应与电渣重熔的金属熔体，采用真空感应+电渣重熔双联冶炼工艺，确保电渣锭的化学成分达到下述要求：