四种先进超超临界机组候选镍基高温合金的平衡相析出行为研究

利用Thermo-Calc软件研究了4种先进超超临界机组候选镍基高温合金Inconel617、C-HRA-2、Inconel740和C-HRA-1的平衡相析出规律,计算了4种合金的高温相图,分析了主要析出相的析出行为,最后将计算结果同实验对比以验证准确性.结果表明:4种合金主要的析出相包括γ、γ’、σ、η及碳化物等;γ’、σ和η相的平衡析出量随着温度的降低而增大;4种合金具有不同的碳化物类型、含量及析出范围,Inconel617和C-HRA-2的碳化物为M_(23)C_(6)型(一次)与M_(6)C型(二次),Inconel740和C-HRA-1的碳化物为MC型(一次)与M_(23)C_(6)型(二次),硼化物为C-HRA-2所特有.热力学平衡计算结果与实验检测基本一致.掌握合金中主要析出相的热力学计算结果对了解合金的高温长时组织和性能稳定性具有重要作用.

700℃先进超超临界机组末级过热器用新型镍铁基高温合金的组织与性能

研究了700℃先进超超临界(A-USC)机组末级过热器用新型镍铁基HT700T高温合金的组织和性能。结果表明:HT700T合金为析出强化型合金,在750℃的组织稳定性较好;合金在750℃时的屈服强度为598 MPa,且热暴露3000 h后其屈服强度仍约为400 MPa;合金在750℃/105h的持久强度为103 MPa;在750℃热暴露104h后,室温冲击功为50 J·cm-2,较热暴露前的略有下降;合金的750℃抗蒸汽氧化性能达到完全抗氧化级,在750℃/2×105h模拟烟灰/烟气条件下的金属腐蚀深度约为0.2 mm;HT700T合金的综合性能基本满足700℃A-USC机组末级过热器的服役性能要求,其工业试制锅炉管已在试验平台上正常运行超过15000 h。

4种先进超超临界电站锅炉用高温合金高温腐蚀性能实验研究

目的研究Haynes 625、Haynes 617、Haynes 120和Inconel 740H四种先进超超临界电站锅炉用高温合金在高温模拟煤灰环境下的腐蚀行为及机理。方法利用XRD、SEM、EDS等分析手段对样品表面腐蚀产物进行微观分析。结果四种高温合金均具备一定的抗高温模拟煤灰腐蚀能力。未涂抹煤灰样品的腐蚀动力学遵循抛物线规律,说明所选高温合金在750℃的高温腐蚀行为主要受离子扩散控制。在涂抹模拟煤灰环境下,材料的氧化增重依次为:Haynes 617>Haynes 625>Inconel 740H>Haynes 120。Haynes 625与Haynes 617腐蚀产物为双层结构的氧化物,氧化内层主要为富Cr氧化膜,氧化外层主要成分为(Ni,Mn)Cr_2O_4;Inconel 740H与Haynes 120表面未见双层结构氧化物。结论氧化物结构与合金中铬元素含量有关,同时与合金中附加元素(如钴元素)的含量和行为有一定联系。四种高温合金抗高温腐蚀性能从大到小依次为:Haynes 120>Inconel 740H>Haynes 625>Haynes 617。与以往研究相比,并未发现腐蚀产物中存在S,表明腐蚀过程中腐蚀产物中的S来自于SO_2气氛,而非煤灰中的硫酸盐。

700℃先进超超临界电站用高温合金焊接研究进展

综述了现有的700℃先进超超临界电站用主要候选高温合金材料焊接技术的研究现状,总结了近期在焊接研究及工程中发现的新问题,并提出了需要进一步优化及改进的方向。从工艺焊接性和使用焊接性两方面分别介绍了CCA 617合金、Inconel 740及其改型740H合金、Haynes 282合金的焊接性能以及存在的问题,并为材料的进一步工程应用提供了一定的参考价值。

一种先进超超临界火电机组用Ni-Fe-Cr基高温合金的热变形行为

通过不同变形参数下的等温压缩实验,研究了一种Ni-Fe-Cr基高温合金的热变形行为及动态再结晶机理。结果表明,合金的流变应力随着变形温度的降低或应变速率的升高而增大,而动态再结晶比例随着变形温度的降低或应变速率的升高而降低,但受温升效应影响,应变速率高于1 s-1时,动态再结晶比例随着应变速率的升高而升高。合金合理的热变形温度为1100~1200℃,应变速率为0.01~0.3 s-1。热变形参数对合金的动态再结晶机理产生影响,高温低应变速率变形时,合金的主要再结晶机理为以晶界弓弯为主要特点的非连续动态再结晶,而低温高应变速率变形时,以晶内亚晶发展为主要特点的连续动态再结晶也发挥重要的作用。

C-HRA-2合金在700 ℃先进超超临界(A-USC)锅炉煤灰/烟气环境中的高温腐蚀行为

采用扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪,分析了C-HRA-2合金在700℃的模拟先进超超临界(A-USC)锅炉煤灰/烟气环境中腐蚀48 h和120 h后表面氧化膜的微观形貌、物相组成和元素分布,并分析了C-HRA-2合金的高温腐蚀行为。结果表明:C-HRA-2合金表面氧化膜主要由外层氧化层、中间混合层和内层硫化物组成;最外层氧化层主要为低熔点的共晶硫酸盐,其下方存在尺寸不一的堎块状NiO层;中间层主要由铬的氧化物、硫酸盐和Mo_(2)S_(3)组成;内层硫化物主要为不连续分布的Mo_(2)S_(3),深入合金基体内部;煤灰与C-HRA-2合金中的钼元素反应,在合金表面生成钼酸盐,随着腐蚀时间的延长,镍不断被氧化,NiO层增厚,硫元素不断向内扩散,Mo_(2)S_(3)硫化物层厚度增加,腐蚀不断加剧。

700℃先进超超临界汽轮机转子锻件用铁镍基合金的高温组织稳定性研究

对MN1合金和MN2合金进行了700℃和750℃时效处理和高温持久实验。结果表明:MN1合金在700℃下经时效处理后针状η相和γ″相均长大,Laves相析出,其组织稳定性差;当MNI合金的保温时间达到5 000 h或温度提高至750℃时,η相明显粗化,晶界和晶内均析出大量块状Laves相,导致其在700℃下高温持久性能较低;MN2合金在700℃下经时效处理后,细小的γ′相弥散析出于基体,晶界为短棒状η相,此组织在750℃下稳定性良好;MN2合金在700℃、10~5 h条件下的外推持久强度可达127 MPa,可作为700℃超超临界汽轮机转子的备选材料。

700℃先进超超临界锅炉用Ni-Cr-Co基高温合金无缝管的试制

采用真空感应+真空自耗+锻造+热挤压工艺试制出Ni-Cr-Co基高温合金热挤压管坯,通过冷轧+热处理工艺成功开发了Φ44.5 mm×10 mm规格小直径无缝管。检测结果表明:Ni-Cr-Co基高温合金管坯及无缝管制造工艺可靠,成品内外表面质量良好,尺寸精度高;合金管基体为全奥氏体组织,存在较多孪晶,纵向平均晶粒尺寸约为72.31μm;25~700℃拉伸性能、室温冲击性能、硬度、工艺性能优良,可满足使用要求。

700℃先进超超临界锅炉过热器管用新型镍基高温合金GH750的组织和性能研究

GH750是一种我国自主研发的、可以应用于700℃先进超超临界锅炉过热器/再热器管的新型镍基高温合金。研究新型镍基高温合金GH750的组织和性能。研究结果表明:GH750合金的组织由奥氏体基体和强化相γ′,以及微量的晶内和晶界MC、M23C6组成;力学性能优异,室温和高温强度高、塑性好;高温持久性能突出,760℃/10~5 h的持久强度超过100 MPa;在750~850℃高温长期时效后组织稳定性好,无有害相析出;长期时效至10 000 h时,室温拉伸性能变化小,冲击韧性短期下降后趋于稳定。

先进超超临界机组用Inconel 740合金的组织稳定性研究

采用SEM、FEG-SEM、TEM和EDS等测试方法研究一种先进超超临界机组用新型高温合金Inconel 740在固溶处理、沉淀硬化处理和750℃时效3 000 h过程中的组织稳定性。结果表明,固溶处理状态下的Inconel 740组织晶粒度3～4级,一些颗粒尺寸大的一次(Nb、Ti)C和TiN弥散分布于γ基体上,γ′相形核于晶内;沉淀硬化处理主要在晶内共格析出γ′相,在晶界析出大量的M23C6和少量的G相;750℃长期时效条件下,γ′相发生Ostwald熟化,颗粒粗化,γ晶界逐渐被G相占据,并且时效300 h时在晶界附近开始析出针状的η相,随时效的持续,η相长大并趋向于呈现魏氏组织形态。Inconel 740的组织稳定性有待于进一步改善。

我国700℃超超临界锅炉过热器管用高温合金选材探讨

简要介绍和比较了国内外700℃超超临界电站过热器和再热器管候选材料GH2984、Haynes 230、CCA 617、Nimonic 263、Inconel 740及其改型合金Inconel 740H的组织、持久强度和耐腐蚀性能等研究结果,对几种材料的强度、耐腐蚀性能、工艺性能和使用经济性进行了分析,并阐述了中国在发展700℃超超临界燃煤电站时锅炉用高温合金的选择.结果表明:Inconel 740H合金具有的持久强度最高、耐蚀性能最好,工艺性能和使用经济性良好,比Inconel 740合金具有更好的长期组织稳定性,它应是中国700℃超超临界锅炉过热器和再热器首选的管材;针对700℃超超临界机组用关键材料,提出了尽早开展自主研制,实现关键材料国产化的建议.

超超临界电站用镍铁基高温合金TCP相和碳化物相析出的热力学计算

利用材料相图与性能模拟计算软件JMatPro,研究了难熔元素W,Mo,Nb和Fe含量的变化对一种新型镍铁基高温合金拓扑密排相(TCP)和碳化物相析出及高温性能的影响。结果表明:新型镍铁基高温合金晶内强化相为γ′相,晶界为M23C6碳化物;在合金中添加Mo,W,Nb均可提高合金的持久强度和屈服强度;增加合金中Mo,Nb,Fe的含量会提高Laves相和σ相的析出温度;为避免在长期服役过程中合金析出较多的TCP相,在合金中添加不超过0.6%(质量分数,下同)的Nb或不超过1%的Mo和W,以使TCP相的析出温度尽可能低于使役温度。

水蒸气温度对700℃先进超超临界锅炉候选合金GH2984氧化行为的影响

采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜对比研究GH2984合金在750℃和850℃纯水蒸气中的氧化行为。结果表明:GH2984合金的氧化动力学遵循抛物线规律;温度升高,Cr挥发加速,外氧化和内氧化的速率急剧增加,氧化膜的组成结构发生明显的变化。750℃时,合金表面形成单层致密的(Cr,Mn)_2O_3膜;温度升至850℃,氧化膜中空洞的数量大幅增加,氧化膜转变为由薄的外层Fe_2TiO_5和厚的次外层(Cr,Mn)_2O_3及薄的内层(Nb,Mo)_2O_5组成的三层结构。Ti,Al优先于晶界处发生内氧化,分别形成TiO_2和Al_2O_3;两种内氧化产物的尺寸和数量均随温度升高而增加。

700℃先进超超临界机组过/再热器材料C-HRA-1合金组织稳定性研究

研制了可工业化规模生产的700℃先进超超临界机组过/再热器用C-HRA-1镍基合金管材。采用光学显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等分析手段,结合热力学计算,研究了C-HRA-1合金在750℃和800℃长期时效处理过程中的组织稳定性。结果表明:C-HRA-1合金管材经固溶处理后冷轧态发生完全再结晶,没有明显析出相;经800℃/12h/AC时效硬化处理后,基体上弥散分布着细小球状的γ′相,且基体中析出少量粒状MC,晶界和孪晶界析出断链状M23C6,M23C6在800℃长期时效处理中逐渐向基体溶解;750℃和800℃长期时效处理过程中,γ′相逐渐粗化并由球形趋向立方状,与时效时间相比,时效温度对γ′相粗化的影响更为显著;750℃和800℃长期时效处理过程中没有发现有害相析出,说明C-HRA-1合金管材在750℃和800℃下具有良好的组织稳定性。

700℃超超临界汽轮机关键部件用镍基高温合金选材

700℃等级先进超超临界燃煤发电技术是目前世界各国正在研究中的最先进、经济性最好的发电技术之一。由于蒸汽温度和压力的提高对关键部件的蠕变、疲劳、高温氧化与腐蚀等性能都提出了更苛刻的要求,导致汽轮机关键部件的使用材料发生了巨大的变化。文章对国际上700℃先进超超临界燃煤发电技术中的汽轮机关键部件用镍基高温合金以及选材情况进行了简要的介绍。

超超临界汽轮机用低膨胀高温合金

介绍了超超临界汽轮机用低膨胀高温合金的国内外研究情况。通过分析合金元素、γ′相含量、γ′相中Al/Ti比等因素对合金热膨胀系数、高温性能以及锻造等工艺性能的影响,介绍了国内外超超临界汽轮机用低膨胀高温合金的各项性能,比如合金组织、物理性能、拉伸性能、蠕变持久性能、抗氧化腐蚀性能、长时组织稳定等等,为我国高参数汽轮机用低膨胀高温合金材料的研发提出了建议。

700℃先进超超临界锅炉候选合金GH984G的热拉伸行为研究

采用Gleeble-3500热模拟试验机对GH984G合金在应变速率为1s^(-1)、温度在1000~1175℃范围内进行了热拉伸试验,并对拉伸后试样断口及轴向显微组织进行了分析,以评估GH984G合金的热拉伸行为。结果表明:GH984G合金在1000~1175℃拉伸时具有良好的塑性,断面收缩率均≥85.4%,在1100℃时塑性最好,断面收缩率为96.2%;合金在不同温度下的拉伸断口均发生了明显的截面颈缩现象,断口缩减量、单位面积内韧窝及孔洞数量均随着温度的升高而逐渐增加,温度升到1100℃时,断口缩减量、单位面积内韧窝及孔洞数量最大,塑性最佳。温度进一步升高,断口缩减量、韧窝及孔洞数量开始缓慢减小,温度超过1150℃时,明显减小,塑性下降;合金的动态再结晶面积分数随温度的升高而逐渐增加,温度在1050~1200℃时发生了完全动态再结晶。拉伸应变速率为1s-1时,GH984G合金最佳的热变形温度范围为1050~1175℃。

700℃超超临界机组大型高温合金铸件制造技术现状及可行性分析

对700℃超超临界机组汽轮机用大型高温合金铸件的制造进行研究,通过对国内外研究现状、国内生产设备情况及生产过程中可能遇到的问题等因素的综合分析,认为采用In 625合金通过电炉+钢包精炼炉VOD冶炼、砂型铸造及拼焊成形是现阶段我国生产大型镍基合金铸件较为可行的方法。

先进超超临界机组用候选材料Alloy 263的组织稳定性

对用于先进超超临界机组锅炉的候选高温合金Alloy 263在固溶处理、沉淀硬化处理和750℃时效3 000 h过程的组织演变行为进行了研究并分析了其组织的稳定性.结果表明：在固溶处理状态下的Alloy 263组织晶粒度为4~5级,较多的一次（Ti、Mo）C弥散分布于γ基体上,且γ′相形核于晶内;沉淀硬化处理主要在晶内共格析出颗粒状γ′相,在晶界析出大量的M23C6;在750℃长期时效条件下,γ′相发生Ostwald熟化,且与基体的错配度增加,M23C6和MC继续析出与长大;在时效1 000 h下基本处于稳定状态,当时效为3 000 h时,有针状η相生成;高温合金Alloy263在750℃下具有良好的组织稳定性.

超超临界燃煤锅炉水冷壁材料高温烟气腐蚀研究

以700℃级先进超超临界燃煤锅炉水冷壁候选材料T24和T92钢为研究对象,在600℃模拟水冷壁附近还原性烟气工况下,对两种材料进行了1200 h高温烟气腐蚀试验。通过腐蚀动力学曲线、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)研究了其高温腐蚀行为及腐蚀机理。结果表明:两种材料均发生高温腐蚀,腐蚀动力学曲线均满足抛物线规律,而且T24腐蚀速率明显大于T92的。两种材料腐蚀1200 h后腐蚀产物均呈三层结构,外层富Fe、S,中层富Fe、O,内层富Fe、S、O,T92钢内层还富有Cr元素。较高Cr含量使得T92钢生成一定厚度的Cr_2O_3,Cr_2O_3能抑制H_2S及游离态硫的扩散,增强了其抗腐蚀能力。