[发明专利]一种650℃级火电机组用高强耐蚀合金及制备方法

说明书

本发明属于材料领域，具体涉及一种650℃级火电机组用高强耐蚀合金及制备方法，按质量百分数计包括：C：0.05～0.08％，Cr：11～14％，Ni：0.9～1.6％，Mn：5～12％，Si：0.2～0.5％，B：0.003～0.007，Mo：0.5～1.5％，W：4.5～6.5％，Cu：≤1.2％，余量为Fe。本发明的合金经热处理完成后以马氏体与铁素体两相为主，并具有少量的残余奥氏体，其中铁素体晶粒内部大量分布杆状及块状析出相。合金具有良好的室温及高温力学性能、良好的持久强度性能，以及优异的抗蒸汽氧化性能。

技术领域

本发明属高温用合金钢领域，具体涉及一种650℃级火电机组用高强耐蚀合金及制备方法。

背景技术

高效洁净的高参数超超临界燃煤发电技术是当今世界洁净燃煤发电技术的主要发展趋势之一。目前在研的700℃级先进超超临界(A-USC)燃煤发电系统热效率可超50％，供电煤耗低于240G/KW。但A-USC技术的商业价值将决定于许多变数：煤价、镍基合金成本(约是高级铁素体钢成本的20倍)和碳税等。650℃及其二次再热机组的热效率可超50％，供电煤耗低于260G/KW，是目前在较短时间内实现我国电力工业高层次的产业升级、规范化地实现洁净煤发电的有效途径之一。

与传统奥氏体耐热钢相比，铁素体耐热钢具有热膨胀系数低、导热性好、耐应力腐蚀性能优异、合金成本低(含有少量甚至不含镍等贵金属)等特性，是机组热端部件，尤其是管道、集箱等厚壁部件的首选材料。但随着蒸汽参数的进一步提高，现有商用铁素体耐热钢均难以满足机组热端部件对合金高温强度、抗蒸汽氧化和抗腐蚀(小管)的性能要求，目前获得广泛应用的9-12Cr及改进型铁素体耐热钢推荐使用温度一般不高于620℃。G115合金中通过添加Cu元素有效改善了合金强度性能，但由于其Cr元素含量不超过9％而使合金在更高温度服役工况下的抗腐蚀与抗氧化性能无法得到有效保障。具有更高耐热强度的奥氏体耐热钢如Super304H、HR3C等具有较高的热膨胀系数及较差的传热效率，使其对温度波动较为敏感，进而容易引发热疲劳损伤等问题，造成锅炉调峰运行能力下降。因此，目前的USC机组中厚壁部件仍以P92等铁素体耐热钢作为首选材料。

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650℃级火电机组用高强耐蚀合金及制备方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种650℃级火电机组用高强耐蚀合金，按质量百分数计，包括：C：0.05～0.08％，Cr：11～14％，Ni：0.9～1.6％，Mn：5～12％，Si：0.2～0.5％，B：0.003～0.007，Mo：0.5～1.5％，W：4.5～6.5％，Cu：≤1.2％，余量为Fe；该合金包括马氏体与铁素体，并具有残余奥氏体，其中铁素体体积百分数不低于40％，且残余奥氏体晶粒内部分布杆状及块状析出相，残余奥氏体体积百分数不超过15％。

本发明进一步的改进在于，该合金在室温下屈服强度分别不低于390MPa，在650℃下屈服强度不低于210MPa，在室温下延伸率不低于10％，在650℃下延伸率不低于25％。

本发明进一步的改进在于，该合金在650℃下180MPa的持久寿命不低于500h，在650℃下200MPa的持久寿命不低于240h。

本发明进一步的改进在于，该合金在650℃蒸汽氧化100h后增重不超过0.7mg/cm²。

一种650℃级火电机组用高强耐蚀合金的制备方法，包括以下步骤：

1)将Cr、W、Mo、Fe、Ni与Cu元素放置于坩埚内部，待融化后加入Si、Mn、硼铁、高碳铬铁，静置5～10min进行精炼进行钢液浇注，得到合金；合金按质量百分数计包括：C：0.05～0.08％，Cr：11～14％，Ni：0.9～1.6％，Mn：5～12％，Si：0.2～0.5％，B：0.003～0.007，Mo：0.5～1.5％，W：4.5～6.5％，Cu：≤1.2％，余量为Fe；