CN106086581B - 700℃超超临界发电机组铁镍基合金转子热处理方法 - Google Patents
700℃超超临界发电机组铁镍基合金转子热处理方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106086581B CN106086581B CN201610730218.1A CN201610730218A CN106086581B CN 106086581 B CN106086581 B CN 106086581B CN 201610730218 A CN201610730218 A CN 201610730218A CN 106086581 B CN106086581 B CN 106086581B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- heat treatment
- base alloy
- nickel base
- iron
- iron nickel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C30/00—Alloys containing less than 50% by weight of each constituent
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
- C22C1/023—Alloys based on nickel
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
- C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
- C22C19/05—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
- C22C19/051—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W
- C22C19/056—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W with the maximum Cr content being at least 10% but less than 20%
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/10—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of nickel or cobalt or alloys based thereon
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
本发明公开了一种700℃超超临界发电机组铁镍基合金转子热处理方法,属于镍基合金热处理方法技术领域,该方法确定材质配料成分并经锻造后,采取二级固溶热处理+一级时效热处理后消除铁镍基合金转子内的γ″相,并提高γ′的稳定性。本发明的铁镍基合金材料经过一次固溶热处理、二次固溶热处理、时效热处理后,室温的拉伸断裂强度在1200~1300MPa之间,屈服强度在750~850MPa之间,断后延伸率大于20%,断面收缩率大于20%,700℃的拉伸断裂强度在850~900MPa之间,屈服强度在680~750MPa之间,断后延伸率大于20%,断面收缩率大于40%;在700℃,105h条件下外推持久强度大于等于100MPa。
Description
技术领域
本发明涉及一种700℃超超临界发电机组铁镍基合金转子热处理方法,属于镍基合金热处理方法技术领域。
背景技术
近10年来,欧盟、日本等国(地区)致力于研究700℃以上先进超超临界燃煤发电技术,可使发电效率提高到50%以上。我国于2010年成立了700℃超超临界燃煤发电技术创新联盟,在能源局的组织下目前已有19家电力部门、制造企业和研究院所参与了700℃先进超超临界机组新材料研究和新产品的试制。
当蒸汽温度超过700℃时,常规的钢铁材料的高温强度和持久服役性能已不能够满足需求,因此需要发展铁镍基或者镍基合金作为候选材料,此类材料具有高的高温强度、良好的持久性能和抗腐蚀性。
时效强化的铁镍基合金,成本较低,同时具有良好的锻造性和焊接性,很适合于制造700℃超超临界汽轮机高压转子。
时效强化的铁镍基合金的高强度主要是由于合金中含有铝(Al)、钛(Ti)和铌(Nb)等γ′(Ni3(Al,Ti))和γ″(Ni3Nb)相形成元素,但由于γ″相在高于650℃的环境中长时保温会快速长大并发生相转变,因此其最高服役温度不能够超过650℃,为了得到一种新型的能够在700℃甚至更高温度服役的材料,就需要消除γ″相,并提高γ′的稳定性。铌(Nb)是一种易偏析元素,含量较高会限制铸锭直径,同时也是形成γ″相的主要元素,铝(Al)含量增加不仅可以增加γ′相的含量和提高其稳定性,同时还能消除在700℃服役过程中不是很稳定、易长大并发生相转变的γ″相,适量加入钽(Ta)可增加γ′相的高温稳定性,加入一定量的硼(B)和锆(Zr)能够净化晶界,增加晶界强度,提高持久性能,因此可以通过控制铌(Nb)含量并提高铝(Al)含量且加入一定量的钽(Ta)、锆(Zr)和硼(B)实现锻件的大型化和700℃甚至更高温度长期服役的显微组织性能稳定性。
发明内容
为了克服上述技术上的不足,本发明提供了一种700℃超超临界发电机组铁镍基合金转子热处理方法,该方法确定材质配料成分并经锻造后,采取二级固溶热处理+一级时效热处理后消除铁镍基合金转子内的γ″相,并提高γ′的稳定性。
本发明解决其技术难题所采用的技术方案是:一种700℃超超临界发电机组铁镍基合金转子热处理方法, 由以下化学成分及质量组分百分比(%)组成:
碳(C):0.02-0.04%;铬(Cr):15-17%;钼(Mo):0.05-0.1%;铌(Nb):1.5-2.0 %;硼(B):0.003-0.006%;铝(Al):0.7-1.5%;钛(Ti):1.5-1.8%;钽(Ta):0.1-0.3%;锆(Zr):0.01-0.03%;镍(Ni):41.13-41.63%;硅(Si):≤0.1;锰(Mn):≤0.1;余量为铁(Fe)和其它一些不可避免的杂质。
采用真空感应熔炼+电渣重熔的熔炼方法,得到铁镍基合金铸锭,并经过锻造得到合金锻件;
700℃超超临界发电机组铁镍基合金转子热处理方法,具体实施方法的步骤为:
步骤一:一次固溶热处理:将转子加热960-1020℃,保温时间为3h+心部到温时间,心部到温时间根据材料部件的实际热处理厚度尺寸确定,按照厚度每增加1mm,保温时间增加1.5min,固溶处理结束后选择快速冷却(水冷);
步骤二:二次固溶热处理:800-950℃,保温时间为2h+心部到温时间,心部到温时间根据材料部件的实际热处理厚度尺寸确定,按照厚度每增加1mm,保温时间增加1.5min,空冷;
步骤三:时效热处理,温度范围为720-750℃,保温时间为8h+心部到温时间,心部到温时间根据材料部件的实际热处理厚度尺寸确定,按照厚度每增加1mm,保温时间增加1.5min,空冷。
本发明的有益效果是:本发明的铁镍基合金材料经过合理的二级固溶热处理+一级时效热处理后,室温的拉伸断裂强度在1200~1300MPa之间,屈服强度在750~850MPa之间,断后延伸率大于20%,断面收缩率大于20%,700℃的拉伸断裂强度在850~900MPa之间,屈服强度在680~750MPa之间,断后延伸率大于20%,断面收缩率大于40%;在700℃,105h条件下外推持久强度大于等于100MPa。
附图说明
图1是实施例1所得铁镍基合金金相组织5000倍η相金相图。
图2是实施例1所得铁镍基合金金相组织20000倍γ′相金相图。
图3是实施例2所得铁镍基合金金相组织5000倍η相金相图。
图4是实施例2所得铁镍基合金金相组织20000倍γ′相金相图。
图5是实施例3所得铁镍基合金金相组织5000倍η相金相图。
图6是实施例3所得铁镍基合金金相组织20000倍γ′相金相图。
具体实施方式
一种700℃超超临界发电机组铁镍基合金转子热处理方法, 由以下化学成分及质量组分百分比(%)组成:
碳(C):0.02-0.04%;铬(Cr):15-17%;钼(Mo):0.05-0.1%;铌(Nb):1.5-2.0 %;硼(B):0.003-0.006%;铝(Al):0.7-1.5%;钛(Ti):1.5-1.8%;钽(Ta):0.1-0.3%;锆(Zr):0.01-0.03%;镍(Ni):41.13-41.63%;硅(Si):≤0.1;锰(Mn):≤0.1;余量为铁(Fe)和其它一些不可避免的杂质。
实施例1
由以下化学成分及质量组分百分比(%)组成:
碳(C):0.04%;铬(Cr):15%;钼(Mo):0.05%;铌(Nb):2.0%;硼(B):0.003%;铝(Al):1.2%;钛(Ti):1.5%;钽(Ta):0.1%;锆(Zr):0.02%;镍(Ni):41.13%;硅(Si):0.1%;锰(Mn):0.055%;余量为铁(Fe)。
实施例2
由以下化学成分及质量组分百分比(%)组成:
碳(C):0.02%;铬(Cr):16%;钼(Mo):0.1%;铌(Nb):1. 8%;硼(B): 0.006%;铝(Al):0.7%;钛(Ti):1.6%;钽(Ta): 0.3%;锆(Zr):0.03%;镍(Ni): 41.63%;硅(Si):0.08%;锰(Mn):0.046%;余量为铁(Fe)。
实施例3
由以下化学成分及质量组分百分比(%)组成:
碳(C):0.03%;铬(Cr):17%;钼(Mo):0.1%;铌(Nb):1. 5%;硼(B): 0.006%;铝(Al):1.5%;钛(Ti):1.8%;钽(Ta): 0.2%;锆(Zr):0.01%;镍(Ni): 41.45%;硅(Si):0.07%;锰(Mn):0.039%;余量为铁(Fe)。
实施例4
将上述实施例1-3的材料分别采用真空感应熔炼+电渣重熔的熔炼方法,得到铁镍基合金铸锭,并经过锻造得到合金锻件;
700℃超超临界发电机组铁镍基合金转子的热处理方法,具体实施方法的步骤为:
步骤一:一次固溶热处理:将转子加热960-1020℃,保温时间为3h+心部到温时间,心部到温时间根据材料部件的实际热处理厚度尺寸确定,按照厚度每增加1mm,保温时间增加1.5min,水冷;
步骤二:二次固溶热处理:800-950℃,保温时间为2h+心部到温时间,心部到温时间根据材料部件的实际热处理厚度尺寸确定,按照厚度每增加1mm,保温时间增加1.5min,空冷;
步骤三:时效热处理,温度范围为720-750℃,保温时间为8h+心部到温时间,心部到温时间根据材料部件的实际热处理厚度尺寸确定,按照厚度每增加1mm,保温时间增加1.5min,空冷。
实施例1~3经过实施例4的热处理后,其力学性能检测结果见表1。由表可见,本发明的铁镍基合金材料经过合理的二级固溶热处理+一级时效热处理后,室温的拉伸断裂强度在大于1250MPa,屈服强度大于750MPa,断后延伸率和断面收缩率均大于20%,700℃的拉伸断裂强度大于870MPa,屈服强度大于680MPa,断后延伸率大于20%,断面收缩率大于40%;在700℃,三个实施例在250MPa应力下的持久时间均大于7500h,力学性能优异。
表1 实施例1-3力学性能对比表
本发明充分考虑了材料的冶炼性能和长期高温环境服役的显微组织与性能的稳定性,在传统铁镍基合金的基础上,通过将铌(Nb)含量控制在2%以下,同时铝(Al)含量提高到0.7%以上,并加入0.1-0.3%的钽(Ta)和0.01-0.03%的锆(Zr)及0.003-0.006%的硼(B),得到了一种新型的能够满足700℃超超临界发电机组转子用的铁镍基合金。
铝(Al)含量提高能抑制在高温服役过程中不是很稳定、易长大并发生相转变的γ″相的析出,并增加材料中γ′相的含量和提高其稳定性,从而能够在不影响材料高温强度的前提下将材料的服役温度提高至700℃甚至更高;铌(Nb)含量降低能够减少材料在冶炼过程中的偏析,有利于得到更大的锭型,从而满足700℃超超临界发电机组转子的重量和尺寸要求,同时能够降低Laves相等有害TCP相的析出倾向,保证了材料在700℃服役过程中的显微组织稳定性;钽(Ta)的加入不仅能够提高γ′相的显微组织稳定性,还能提高γ′/Ni的界面稳定性;锆(Zr)和硼(B)的加入不仅能够净化晶界和脱氧,还能够增加晶界强度,提高材料的持久性能。因此,将铌(Nb)控制在1-2%,将铝(Al)提高至0.7-1.5%,同时加入0.1-0.3%的钽(Ta)、0.01-0.03%的锆(Zr)和0.003-0.006%的硼(B),不仅能够得到足够大的铸锭,抑制不稳定的γ″相和Laves等有害TCP相的析出,还能够使得材料中析出足够量的在高温高压环境中稳定存在的均匀细小的γ′相。
实施例1-3的热处理金相组织见图1-6。图1、3、5为放大5000倍的金相组织,可见其晶界晶内无TCP等有害相存在,只在晶界存在一定量的短棒状的η相析出,η相呈短棒状少量析出于晶界有益于持久性能的提高。图2、4、6为放大20000倍的金相组织,可见三个实施例的晶内均析出大量细小的球状γ′相,而没有γ″相的存在,球形的γ′相与基体共格关系良好,能够在高温长时稳定的存在,有效提高材料在高温长时服役过程的组织和力学性能稳定性。
根据具体的材料成分,选择不同的一级固溶热处理温度,一级固溶处理目的是使得热加工过程中析出的如γ′相、η相等析出相回溶,此固溶热处理温度范围为:960~1020℃,保温时间为3h+心部到温时间,心部到温时间根据材料部件的实际热处理厚度尺寸确定,按照厚度每增加1mm,保温时间增加1.5min。
一级固溶热处理后选择快速冷却。由于本新型铁镍基合金中的γ′相的析出温度较高,析出量多,且在高温段易长大,因此一次固溶处理后选择快速冷却,防止冷却过程中析出γ′相并发生快速长大。
一级固溶热处理后,进行二级固溶热处理,温度范围为800-950℃,保温时间为2h+心部到温时间,心部到温时间根据材料部件的实际热处理厚度尺寸确定,按照厚度每增加1mm,保温时间增加1.5min,空冷。此处理是为了在晶界得到少量的短棒状的η相,可提高材料的持久性能并降低缺口敏感性,此固溶处理应选择η相可析出而γ′相尚未析出的温度区间,此温度根据实际成分计算得出,要将η相的析出量不能高于3%。
二级固溶热处理后,进行时效热处理,温度范围为720-750℃,保温时间为8h+心部到温时间,心部到温时间根据材料部件的实际热处理厚度尺寸确定,按照厚度每增加1mm,保温时间增加1.5min,空冷。此时效处理要使得γ′相尽可能多的形核但尺寸要控制尽可能小,以满足材料的初始力学性能要求,由于本新型铁镍基合金中不存在γ″相,不需要再进行双级时效处理。
Claims (5)
1.一种700℃超超临界发电机组铁镍基合金转子热处理方法,其特征是: 由以下化学成分及质量组分百分比%组成:
碳:0.02-0.04%;铬:15-17%;钼:0.05-0.1%;铌:1.5-2.0 %;硼:0.003-0.006%;铝:0.7-1.5%;钛:1.5-1.8%;钽:0.1-0.3%;锆:0.01-0.03%;镍:41.13-41.63%;硅:≤0.1;锰:≤0.1;余量为铁和其它一些不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的700℃超超临界发电机组铁镍基合金转子热处理方法,其特征是:由以下化学成分及质量组分百分比%组成:
碳:0.04%;铬:15%;钼:0.05%;铌:2.0%;硼:0.003%;铝:1.2%;钛:1.5%;钽:0.1%;锆:0.02%;镍:41.13%;硅:0.1%;锰: 0.055%;余量为铁。
3.根据权利要求1所述的700℃超超临界发电机组铁镍基合金转子热处理方法,其特征是:由以下化学成分及质量组分百分比%组成:
碳:0.02%;铬:16%;钼:0.1%;铌:1. 8%;硼: 0.006%;铝:0.7%;钛:1.6%;钽: 0.3%;锆:0.03%;镍: 41.63%;硅:0.08%;锰:0.046%;余量为铁。
4.根据权利要求1所述的700℃超超临界发电机组铁镍基合金转子热处理方法,其特征是:由以下化学成分及质量组分百分比%组成:
碳:0.03%;铬:17%;钼:0.1%;铌:1. 5%;硼: 0.006%;铝:1.5%;钛:1.8%;钽: 0.2%;锆:0.01%;镍: 41.45%;硅:0.07%;锰:0.039%;余量为铁。
5.根据权利要求1、2、3、4所述的任意一种700℃超超临界发电机组铁镍基合金转子热处理方法,其特征是:具体实施方法的步骤为:
步骤一:一次固溶热处理:将转子加热960-1020℃,保温时间为3h+心部到温时间,心部到温时间根据材料部件的实际热处理厚度尺寸确定,按照厚度每增加1mm,保温时间增加1.5min,固溶处理后水冷;
步骤二:二次固溶热处理:800-950℃,保温时间为2h+心部到温时间,心部到温时间根据材料部件的实际热处理厚度尺寸确定,按照厚度每增加1mm,保温时间增加1.5min,空冷;
步骤三:时效热处理,温度范围为720-750℃,保温时间为8h+心部到温时间,心部到温时间根据材料部件的实际热处理厚度尺寸确定,按照厚度每增加1mm,保温时间增加1.5min,空冷。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201610730218.1A CN106086581B (zh) | 2016-08-26 | 2016-08-26 | 700℃超超临界发电机组铁镍基合金转子热处理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201610730218.1A CN106086581B (zh) | 2016-08-26 | 2016-08-26 | 700℃超超临界发电机组铁镍基合金转子热处理方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN106086581A CN106086581A (zh) | 2016-11-09 |
CN106086581B true CN106086581B (zh) | 2019-01-25 |
Family
ID=57226080
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201610730218.1A Active CN106086581B (zh) | 2016-08-26 | 2016-08-26 | 700℃超超临界发电机组铁镍基合金转子热处理方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN106086581B (zh) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113403503B (zh) * | 2021-03-04 | 2022-09-09 | 江苏银环精密钢管有限公司 | 700℃先进超超临界锅炉用铁镍合金无缝管及制造方法 |
CN113275599B (zh) * | 2021-04-15 | 2023-03-31 | 西安理工大学 | 一种提高3d打印钛合金点阵结构强韧性的热处理方法 |
CN115572930B (zh) * | 2022-11-09 | 2023-08-29 | 江苏美特林科特殊合金股份有限公司 | 一种提高镍基铸造合金综合性能的热处理方法 |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102994809B (zh) * | 2012-12-04 | 2015-04-15 | 西安热工研究院有限公司 | 一种高强耐蚀镍铁铬基高温合金及其制备方法 |
CN104109780A (zh) * | 2013-04-19 | 2014-10-22 | 宝钢特钢有限公司 | 镍基高温合金及其制造方法 |
CN105624469B (zh) * | 2014-10-29 | 2017-10-31 | 中国科学院金属研究所 | 超超临界锅炉用镍基高温合金及其制备方法和应用 |
CN104451339B (zh) * | 2014-12-23 | 2017-12-12 | 重庆材料研究院有限公司 | 低镍时效强化型铁镍基耐蚀合金及制备方法 |
CN105112728B (zh) * | 2015-09-29 | 2017-03-22 | 钢铁研究总院 | 一种700℃超超临界汽轮机转子用耐热合金及其制备方法 |
-
2016
- 2016-08-26 CN CN201610730218.1A patent/CN106086581B/zh active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN106086581A (zh) | 2016-11-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108467972B (zh) | 一种高承温能力的镍基变形高温合金及其制备方法 | |
KR101764755B1 (ko) | 700℃ 레벨 초초임계 석탄 화력 발전소용 니켈계 고온 합금 및 그 제조 | |
CN109252083A (zh) | 一种多相高熵合金及其制备方法 | |
CN103898426B (zh) | 一种变形镍铁铬基高温合金的热处理工艺 | |
JP4037929B2 (ja) | 低熱膨張Ni基超耐熱合金およびその製造方法 | |
WO2020249115A1 (zh) | 一种复合强化型耐蚀高温合金及其制备工艺 | |
WO2011062231A1 (ja) | 耐熱超合金 | |
WO2020249113A1 (zh) | 一种低铬耐蚀高强多晶高温合金及其制备方法 | |
CN102162049B (zh) | 一种超超临界汽轮机用镍基合金材料及其制备方法 | |
CN106756249A (zh) | 一种高强度且组织稳定的镍基单晶高温合金及其制备方法 | |
CN104630597A (zh) | 一种铁镍铬基高温合金及其制造方法 | |
CN106086581B (zh) | 700℃超超临界发电机组铁镍基合金转子热处理方法 | |
CN107090555B (zh) | 用于热锻的Ni基超合金 | |
CN106011540B (zh) | 一种低铼第三代镍基单晶合金及其制备方法 | |
JP2012219339A (ja) | Ni基超合金材、タービンロータおよびそれらの製造方法 | |
CN107419136A (zh) | 一种服役温度达700℃以上的镍基变形高温合金及其制备方法 | |
CN106498237B (zh) | 一种镍铬钼钨铌铝钛系高温合金材料、制备方法及应用 | |
JP4768672B2 (ja) | 組織安定性と高温強度に優れたNi基合金およびNi基合金材の製造方法 | |
CN111961920B (zh) | 一种高承温能力的镍基单晶高温合金及其制备方法 | |
KR20190068587A (ko) | 고온, 내손상성 초합금, 초합금으로부터 제조된 제조 물품 및 합금을 제조하기 위한 프로세스 | |
JP2012107328A (ja) | 高温での機械的特性に優れた多結晶ニッケル基超耐熱合金 | |
CN108866389A (zh) | 一种低成本高强抗热腐蚀镍基高温合金及其制备工艺和应用 | |
CN107090556B (zh) | 用于热锻的Ni基超合金 | |
CN110106397B (zh) | 一种耐高温螺栓合金材料及螺栓的制造方法 | |
JP2014070230A (ja) | Ni基超耐熱合金の製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |