[发明专利]一种抗高温二氧化碳腐蚀的合金及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种抗高温二氧化碳腐蚀的合金及其制备方法和应用，其中，一种抗高温二氧化碳腐蚀的合金，按质量分数计，原料中包括以下化学成分：0.02≤C≤0.1％、35％≤Fe≤52％、Mn≤1.0％、12％≤Cr≤16％、0.5≤Mo+W≤2.5％、0.1％≤Si≤0.5％、1.0％≤Al≤2.5％、1.5％≤Ti≤2.5％、Co≤1％、RE≤0.1％，余量为Ni；当12％≤Cr≤14％时，2.0％≤Al≤2.5％，0.3％≤Si≤0.5％；当14％Cr≤16％时，Mo+W≤1.2％。本发明具有低成本、高强、抗高温二氧化碳腐蚀的效果。

技术领域

本发明涉及高铁镍基合金领域，具体涉及一种抗高温二氧化碳腐蚀的合金及其制备方法和应用。

背景技术

由于对电力的需求将愈来愈大，同时对环保和控制污染排放的要求也愈来愈高；因此，发展高效、节能、环保的高参数超超临界火力发电机组势在必行。其中，采用布雷顿循环系统进行发电，其发电效率显著优于传统的蒸汽朗肯循环发电系统，同时，其设备尺寸规模相对于传统发电系统减小，初投资降低。另外，二氧化碳临界温度和压力远低于水的临界点，容易达到超临界状态，且超临界二氧化碳是一种兼具气体特性的稠密流体，具有密度大、粘性小、流动性强、传热效率高，因此，目前火电、核电、太阳能、余热发电、地热发电等领域均推荐采用S-CO₂布雷顿循环系统，有望突破传统的蒸汽轮机发电和燃气轮机发电的技术瓶颈。

过/再热器部件是超超临界机组锅炉中负责回收燃煤烟气能量、加热CO₂、实现能量转化的关键部件，是锅炉中承受压力最大、温度最高、服役环境罪苛刻的部分。采用超临界CO₂进行发电时，当温度在500-800度时，CO₂分解形成的氧分压与同压力蒸汽分解形成的氧分压接近，均高于大部分金属氧化物的平衡氧分压，Fe、Cr、Mn、Al、Si、Ti、Ni等金属都可以氧化。而火力发电厂机组的高参数、高效率化发展，使得锅炉管服役工况更加复杂、苛刻，其使用材料在更高要求下的使用性能也需要进一步改进。

S-CO₂循环系统的关键热端部件主要分为：过热器、再热器、管道、集箱以及S-CO₂透平转子等。针对火力发电和聚光型太阳能发电用材，目前给出的选材原则是将650℃级火电站用铁素体耐热钢、奥氏体耐热钢性能用足，在高温段使用700℃级火电站用新型镍基、镍铁基高温合金，如Ni基合金Haynes230、Inconel740H等，合金中Cr含量高达25wt.％，以合金中的Cr含量来保证合金在高温环境中有效形成保护性Cr₂O₃氧化膜，进而具有良好抗氧化腐蚀性能。这些合金抗蚀性强，但难以加工、焊接性能差、成本高。如果降低合金中Cr含量提高其加工、焊接性能，其抗氧化腐蚀性能也会相应降低，尤其是当Cr含量低于18％时，合金表面很难形成保护性Cr₂O₃氧化膜，往往形成保护性较差的外层氧化铁+内层Fe-Cr尖晶石，极大影响抗腐蚀性能。

除此之外，一些元素在提高合金强度及力学性能上有利，但是对合金的抗腐蚀性不利，容易导致氧化膜剥落的情况，尤其是在温度高达600℃以上的高温CO₂环境下，现有技术中公开的低Cr含量的合金并不能达到良好的抗高温二氧化碳性能。尤其是在高温CO₂环境下，难以阻止合金渗碳，显著影响合金的力学性能。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的合金无法达到良好的抗高温二氧化碳性能和抗渗碳能力的缺陷，从而提供解决上述问题的一种抗高温二氧化碳腐蚀的合金及其制备方法和应用。

一种抗高温二氧化碳腐蚀的合金，按质量分数计，包括以下化学成分：0.02≤C≤0.1％、35％≤Fe≤52％、Mn≤1.0％、12％≤Cr≤16％、0.5≤Mo+W≤2.5％、0.1％≤Si≤0.5％、1.0％≤Al≤2.5％、1.5％≤Ti≤2.5％、Co≤1％、RE(稀土元素)≤0.1％，余量为Ni；