[发明专利]一种抗氧化铁镍基合金

说明书

技术领域

本发明涉及一种合金，特别涉及一种低成本、抗氧化性能优异的抗氧化铁镍基合金。

背景技术

发展高蒸汽参数(温度和压力)锅炉是提高火力发电机组效率最有效的途径。美国、欧盟和日本于上世纪末先后启动了相应的高参数先进超超临界发电(A-USC)技术国家研发项目，发展蒸汽参数为700℃/35MPa及以上级A-USC发电技术，我国2020年中长远规划也已把600MW及以上级A-USC火力发电机组列入重点开发项目，并于2010年7月23日启动“国家700℃超超临界燃煤发电技术创新联盟”，开展独立自主的700℃级A-USC发电技术攻关。能否开发出具有上述性能的过热器管材料，是实现700℃级超超临界燃煤发电技术的关键技术和瓶颈之一。

一些Ni基合金如Inconel740H和Haynes230等可以提供700℃级A-USC锅炉高温部件所需的持久强度，抗蚀性和结构稳定性也满足要求。但这些合金很难加工、焊接性能差、价格昂贵。另一类候选材料是Ni-Fe基高温合金如GH2984、HR6W等，这类候选合金便于加工、价格便宜，但热强度低，组织稳定性和抗蚀性较差。

Cr是提高合金抗氧化性能的重要手段。阿贡国家实验室的腐蚀模拟平台研究了大量马氏体、奥氏体耐热钢(Cr含量从9-25wt.%)在650℃烟气侧的腐蚀行为，研究表明，耐热钢随着Cr含量的增加，耐腐蚀性能增强。当Ni-Fe基合金中Fe含量增加时，所需抗蚀Cr含量会增加。但合金中Cr含量的增加将导致Ni-Fe基合金的组织稳定性变差，从而导致力学性能的劣化。如在Ni-Cr-Al-Fe合金体系中，当Fe含量为10wt.%时，γ/γ′双相区随Cr含量的增加而缩小，当Cr含量达22wt.%时，γ/γ′双相区消失。另外，在高Fe(>30wt.%)的Ni-Fe合金系中，当Cr含量大于20wt.%会有α-Cr相析出。因此，高Cr含量虽然可以使Ni-Fe基合金满足所需抗氧化能力，却很难满足所需长期组织稳定性和力学性能的要求。

合金中Al是形成γ′相强化的重要组分，但过高的Al含量降低了合金的热加工性能与焊接性能。与之相矛盾的是，合金中较高的Al含量对提高合金抗腐蚀性能有积极作用，Al₂O₃膜具有最佳的抗腐蚀性能。尤其当合金中同时含有Cr和Al时，两者的协同作用使合金抗腐蚀效果的改善会更明显。同时，少量Si也能在Cr₂O₃膜层与基体间形成区域SiO₂，阻碍基体中Cr离子向外扩散，从而提高合金抗氧化性能。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种在保证合金高温力学性能的同时，又能提高其抗高温氧化性的抗氧化铁镍基合金。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：按质量份数包括：20-25%的Cr、25-30%的Fe、0.5-2.5%的Al、0.01-0.08%的Si、1-2.5%的Ti、1-2%的Nb、0-1%的Mo、0-1%的W、0-1%的Mn、小于0.1%的C、其余为Ni。

所述的Al含量为0.8-1.5%。

所述的Cr含量为22-25%。

本发明充分考虑了合金的抗高温氧化性能，合金中的Cr含量为20%-25%，同时为了保证合金在850℃以内高温环境中具有良好的抗氧化能力，合金中复合添加了0.5-2.5%的Al以及0.01-0.08%的Si。Al₂O₃和SiO₂产物有助于阻止氧化过程中的元素扩散，

为提高合金的高温强度，合金中添加W和Mo作为固溶强化元素。但Mo的含量应适宜，避免出现灾害性的氧化。合金中还添加了一定量的Ti、Al和Nb作为析出相强化元素。

为降低合金成本，合金中添加25-30%Fe。同时，合金中不含Co元素。

合金中的C会与Cr、Ti、W等形成碳化物，降低合金的抗氧化性能，因此本发明涉及的合金中C含量小于0.1%。

定义抗氧化合金元素含量参数P，P=-0.07Cr-1.31Al-1.45Si+0.30Fe-3.32%（元素为其质量分数），其中P的取值范围为0.5×10^-2≤P≤3.2×10^-2。

附图说明

图1为本发明的合金在750℃，800℃，850℃氧化100h后的抛物线速率常数；

图2为实施例3的合金在750℃氧化100h后的形貌；