CN103966476B - 一种性能优异的抗熔盐腐蚀的镍基高温合金 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种性能优异的抗熔盐腐蚀的镍基高温合金，属于属于金属材料技术领域。按重量百分比计，该合金成分为：C≤0.08％（优选范围0.03～0.06％），Fe0.5~5％，Cr6.0~8.0％，Mo12~18％，Ta≤2.0％，Ti≤2.0％，Nb≤2.0％，Ni余量；其中：1％≤Ti＋Nb＋Ta≤2％。该合金不仅具有优良的室温塑性、高温组织稳定性和较高的高温力学性能，同时具有良好的抗熔盐腐蚀性能，可以满足有较高使用温度和性能要求的熔盐、辐照环境使用需要。适用于熔盐核反应堆的高温结构材料。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料技术领域，具体涉及一种性能优异的抗熔盐腐蚀的镍基高温合金。
背景技术
使用熔盐作为冷却介质的***核反应堆，均存在严重的氟化物熔盐腐蚀问题，因此与其它类型的反应堆不同，合金在保证高温高强的同时，还需要有良好的抗氟化物熔盐腐蚀性能。在抗氟化物熔盐腐蚀高温合金的研制中，我国目前还处于起步阶段，国外目前抗熔盐腐蚀的合金主要是Hastelloy N合金，与国外的抗氟化物熔盐腐蚀合金相比还存在着一定的差距。
为此本发明针对抗氟化物腐蚀合金性能低的问题，发展出具有抗熔盐腐蚀性能与国外合金相比略高、但持久性能高于Hastelloy N性能的高性能抗氟化物熔盐腐蚀的镍基高温合金。
发明内容
本发明的目的在于提供一种性能优异的抗熔盐腐蚀的镍基高温合金，该合金不仅具有优良的室温塑性、高温组织稳定性和较高的高温力学性能，同时具有良好的抗熔盐腐蚀性能，可以满足有较高使用温度和性能要求的熔盐、辐照环境使用需要。适用于熔盐核反应堆的高温结构材料。
本发明的技术方案是：
一种性能优异的抗熔盐腐蚀的镍基高温合金（GH3535），按重量百分比计，该合金成分为：C≤0.08％，Fe0.5~5％，Cr6.0～8.0％，Mo12~18％，Ta≤2.0％，Ti≤2.0％，Nb≤2.0％，Ni余量；其中：1％≤Ti＋Nb＋Ta≤2％；C的优选范围为0.03～0.06％。
按重量百分比计，本发明合金中以下元素控制范围：Co＜0.15％；B＜0.002％；W＜0.15％；Al＜0.2％；S≤0.01％，P≤0.005％，Si≤0.8％，Mn≤0.8％，V≤1％，Cu≤0.1％。
按照上述成分设计的本发明合金为变形镍基高温合金，由于Ti、Nb、Ta与C结合形成更加稳定的碳化物，更能提高合金的持久性能，并且碳化物的稳定也有利于合金抗腐蚀及抗辐照性能，为此，本发明在精确控制C元素的含量范围时，同时添加Ti、Nb和Ta中的至少一种，并控制在1≤Ti＋Nb＋Ta≤2的条件下，再控制Mo的含量12.0～18.0wt%，Cr的含量6.0~8.0wt%，进一步提高了合金化程度，使合金性能提高。
本发明有益效果如下：
1、本发明针对抗氟化物腐蚀合金性能低的问题，发展出具有抗熔盐腐蚀性能与国外合金相比提高、持久性能也高于Hastelloy N的高性能抗氟化物熔盐腐蚀的镍基高温合金。
2、本发明合金具有优良的室温塑性、高温组织稳定性和较高的高温力学性能，同时具有良好的抗熔盐腐蚀性能，适用于熔盐核反应堆的高温结构材料，在650-700℃工作温度下表现出优异的综合性能。
具体实施方式
下面结合实施例详述本发明，以下各实施例中：
热处理制度为：随炉升温至1177℃保温1小时，水淬。
腐蚀条件如下：
1、石墨坩埚
石墨坩埚内壁及零部件（挂杆、盖子、螺栓螺母）在乙醇中超声清洗后，在700℃真空干燥24h，冷却至室温后，快速转移至手套箱中备用。
表1石墨参数表
2、熔盐准备
熔盐为铸锭状FLiNaK（46.5-11.5-42mol%），杂质含量为：酸根离子（SO4 2-+PO4 3-+NO3 -）小于20ppm；总氧含量（包括酸根、氧化物和水）小于750ppm；金属离子约为100ppm。放置于手套箱中备用。
3、样品准备
将合金试样逐级打磨到1200#，除油、除水、冷风吹干，标记完，用精度为0.01mg的电子天平称重备用。
4、腐蚀条件
腐蚀温度：700℃，腐蚀时间：400小时，称量失重量。
性能测试条件：650℃，324MPa，测试持久寿命。
实施例1
本实施例合金（No.1合金）成分见表2，该成分合金经真空感应熔炼后（熔炼20公斤锭型），浇注成锭，再经锻造成棒材。将锻造好的棒材进行热处理，将热处理好的试棒加工成性能测试试样和腐蚀试样，然后进行持久性能测试和腐蚀性能测试，测试结果见表3和表4。
表2实施例1-11合金成分，wt％
| 合金 | Cr | Fe | Mo | Ti | Ta | Nb | C | Si | Mn | Ni |
| No.1 | 6.2 | 3.8 | 12.5 | 1.2 | 0.3 | 0 | 0.032 | 0.48 | 0.67 | 余 |
| No.2 | 7.0 | 4.3 | 14.2 | 1.8 | 0.1 | 0.1 | 0.042 | 0.48 | 0.67 | 余 |
| No.3 | 7.9 | 4.8 | 14.2 | 1.0 | 0.5 | 0.5 | 0.048 | 0.49 | 0.71 | 余 |
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| No.5 | 7.9 | 4.8 | 15.2 | 0.5 | 0.8 | 0.7 | 0.058 | 0.68 | 0.77 | 余 |
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| No.11 | 6.2 | 3.8 | 15.8 | 0.6 | 0.3 | 0.2 | 0.038 | 0.48 | 0.57 | 余 |
实施例2
本实施例合金（No.2合金）成分见表2，该成分合金经真空感应熔炼后（熔炼20公斤锭型），浇注成锭，再经锻造成棒材。将锻造好的棒材进行热处理，将热处理好的试棒加工成性能测试试样和腐蚀试样，然后进行持久性能测试和腐蚀性能测试，测试结果见表3和表4。
实施例3
本实施例合金（No.3合金）成分见表2，该成分合金经真空感应熔炼后（熔炼20公斤锭型），浇注成锭，再经锻造成棒材。将锻造好的棒材进行热处理，将热处理好的试棒加工成性能测试试样和腐蚀试样，然后进行持久性能测试和腐蚀性能测试，测试结果见表3和表4。
实施例4
本实施例合金（No.4合金）成分见表2，该成分合金经真空感应熔炼后（熔炼20公斤锭型），浇注成锭，再经锻造成棒材。将锻造好的棒材进行热处理，将热处理好的试棒加工成性能测试试样和腐蚀试样，然后进行持久性能测试和腐蚀性能测试，测试结果见表3和表4。
实施例5
本实施例合金（No.5合金）成分见表2，该成分合金经真空感应熔炼后（熔炼20公斤锭型），浇注成锭，再经锻造成棒材。将锻造好的棒材进行热处理，将热处理好的试棒加工成性能测试试样和腐蚀试样，然后进行持久性能测试和腐蚀性能测试，测试结果见表3和表4。
实施例6
本实施例合金（No.6合金）成分见表2，该成分合金经真空感应熔炼后（熔炼20公斤锭型），浇注成锭，再经锻造成棒材。将锻造好的棒材进行热处理，将热处理好的试棒加工成性能测试试样和腐蚀试样，然后进行持久性能测试和腐蚀性能测试，测试结果见表3和表4。
实施例7
本实施例合金（No.7合金）成分见表2，该成分合金经真空感应熔炼后（熔炼20公斤锭型），浇注成锭，再经锻造成棒材。将锻造好的棒材进行热处理，将热处理好的试棒加工成性能测试试样和腐蚀试样，然后进行持久性能测试和腐蚀性能测试，测试结果见表3和表4。
实施例8
本实施例合金（No.8合金）成分见表2，该成分合金经真空感应熔炼后（熔炼20公斤锭型），浇注成锭，再经锻造成棒材。将锻造好的棒材进行热处理，将热处理好的试棒加工成性能测试试样和腐蚀试样，然后进行持久性能测试和腐蚀性能测试，测试结果见表3和表4。
实施例9
本实施例合金（No.9合金）成分见表2，该成分合金经真空感应熔炼后（熔炼20公斤锭型），浇注成锭，再经锻造成棒材。将锻造好的棒材进行热处理，将热处理好的试棒加工成性能测试试样和腐蚀试样，然后进行持久性能测试和腐蚀性能测试，测试结果见表3和表4。
实施例10
本实施例合金（No.10合金）成分见表2，该成分合金经真空感应熔炼后（熔炼20公斤锭型），浇注成锭，再经锻造成棒材。将锻造好的棒材进行热处理，将热处理好的试棒加工成性能测试试样和腐蚀试样，然后进行持久性能测试和腐蚀性能测试，测试结果见表3和表4。
实施例11
本实施例合金（No.11合金）成分见表2，该成分合金经真空感应熔炼后（熔炼20公斤锭型），浇注成锭，再经锻造成棒材。将锻造好的棒材进行热处理，将热处理好的试棒加工成性能测试试样和腐蚀试样，然后进行持久性能测试和腐蚀性能测试，测试结果见表3和表4。
表3本发明合金与美国HastelloyN合金持久性能对比（650℃，324MPa）
表4不同编号合金在氟化物熔盐中腐蚀结果
〔FLiNaK（46.5-11.5-42mol%）熔盐700℃400h静态腐蚀容器为石墨坩埚〕
Claims (2)
1.一种性能优异的抗熔盐腐蚀的镍基高温合金，其特征在于：所述镍基高温合金按重量百分比计，该合金成分为：C 0.03～0.06％，Fe 0.5～5％，Cr 6.0～7.9％，Mo 12～18％，Ta≤2.0％，Ti 0.1～2.0％，Nb≤2.0％，Ni余量；其中：1％≤Ti+Nb+Ta≤2％。
2.根据权利要求1所述的性能优异的抗熔盐腐蚀的镍基高温合金，其特征在于：按重量百分比计，该合金成分中：Co＜0.15％；B＜0.002％；W＜0.15％；Al＜0.2％；S≤0.01％，P≤0.005％，Si≤0.8％，Mn≤0.8％，V≤0.1％，Cu≤0.1％。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Dong Jiasheng Inventor after: Zhang Gong Inventor after: Jiang Weiguo Inventor after: Wang Yan Inventor after: Wang Dong Inventor after: Zheng Wei Inventor after: Zhang Jian Inventor after: Lou Langhong Inventor after: Liu Tao Inventor after: Li Zhijun Inventor after: Wang Yao Inventor after: Shen Jian Inventor after: Lu Yuzhang Inventor after: Xie Guang Inventor before: Dong Jiasheng Inventor before: Wang Yan Inventor before: Wang Dong Inventor before: Zheng Wei Inventor before: Zhang Jian Inventor before: Lou Langhong Inventor before: Liu Tao Inventor before: Shen Jian Inventor before: Lu Yuzhang Inventor before: Xie Guang Inventor before: Zhang Gong Inventor before: Jiang Weiguo |
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| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |