一种光热发电设备用耐高温熔盐腐蚀合金及其制造方法与流程
本发明涉及一种合金及其制造方法，尤其是涉及一种光热发电设备用耐高温熔盐腐蚀合金及其制造方法，它属于耐高温熔盐腐蚀合金领域。
背景技术：
1、当前主流光热技术-第二代太阳能光热发电技术采用硝酸盐作为传储热介质，工作温度较低（560℃）；与其他类型电站相比，发电成本及并网电价偏高。下一代太阳能集热技术（以耐高温氯化物熔盐、耐高温熔盐腐蚀合金、高效超临界二氧化碳发电为代表性技术）可以将光热发电装置工作温度提高至700℃-800℃，有望大幅度提高发电效率；另一方面，800℃高品位热可大幅度提高制氢效率，低成本实现太阳能-氢能转换。
2、当前现役及在建的硝酸盐光热发电装置中罐体管道用耐高温耐腐蚀材料以304h、316h、347h不锈钢为主，吸热气管道以347h不锈钢、inconel 625合金、haynes230合金为主。虽然在项目中获得了较为成功的应用，但仍存在不当的热痕迹导致局部过热和损坏或应力腐蚀开裂的情况。如将这些材料应用于未来800℃的光热发电装置，则完全没有工程经验可依。另一方面，虽然一些标准中允许这些材料在800℃左右高温服役，但其许用应力很低，几乎无法满足复杂装置的设计要求。
3、此外，不锈钢无法耐800℃高温氯化物腐蚀，难以满足工程要求；其他所有最高许用温度高于800℃的成熟高强度耐热工程材料（incoloy 800h、haynes 230、hastelloy x、inconel 617、inconel 625等），都不是针对熔盐工况而研发的，也无法满足耐高温熔氯化物盐腐蚀的要求。
4、公开日为2024年04月05日，公开号为cn117821834a的中国专利中，公开了一种名称为“一种核电站紧固件用超合金的制造方法”的发明专利。该专利包括原料准备；真空感应vim冶炼；真空自耗冶炼；锻造；超声波探伤；轧制；固溶热处理；酸洗。该专利造出的超合金更耐熔盐腐蚀、更耐晶间腐蚀、具有更优抗辐照性能、更耐高温高压、使用寿命更长，能完全满足第四代核电站紧固件的使用要求，但是上述制造方法不适于本申请中的光热发电设备用耐高温熔盐腐蚀合金。
5、因此，提供一种光热发电设备用耐高温熔盐腐蚀合金，对于提高光热发电安全性与可靠性具有积极意义。
技术实现思路
1、本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种综合性能更好、符合工程要求的光热发电设备用耐高温熔盐腐蚀合金及其制造方法。
2、本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该光热发电设备用耐高温熔盐腐蚀合金，其特征在于：其成分按照如下质量百分比(％)组成：6.0-8.0%的cr，3.0-5.0%的fe，0.04-0.08%的c，≤0.20%的co，≤1.0的mn%，≤1.0的si%，1.0-2.0%的w，15.0-18.0%的mo，≤0.015%的p，≤0.020%的s，≤0.50%的ti+al，≤0.010%的b，其余部分为ni及不可避免的杂质。
3、作为优选，本发明其成分按照如下质量百分比(％)组成：7.0%的cr，4.0%的fe，0.06%的c，0.17%的co，0.8的mn%，0.5的si%，1.5%的w，16.0%的mo，0.015%的p，0.020%的s，0.36%的ti+al，0.001%的b，其余部分为ni及不可避免的杂质。
4、本发明还提供一种光热发电设备用耐高温熔盐腐蚀合金的制造方法，采用如权利要求1或2所述的光热发电设备用耐高温熔盐腐蚀合金，其特征在于：包括以下步骤：
5、s1）按照耐高温熔盐腐蚀合金的配方，提供原料并熔炼得到合金真空感应熔炼，原材料必须清洁、无尘、干燥、无油污；
6、s2）对合金铸锭进行电渣重熔得到电渣锭，合金冶炼工艺为双联冶炼，包括真空感应熔炼（vim）+电渣重熔（esr）；
7、s3）对合金铸锭进行多次锻造，得到所述合金锻坯；
8、s4）对合金铸锭进行多火轧制，得到光热发电设备用耐高温熔盐腐蚀合金热轧成品。
9、作为优选，本发明所述步骤s1）中，采用真空感应熔炼，包括全熔、第一次精炼和第二次精炼，全熔投入ni、cr、w、si底料，熔炼温度为1520-1540℃ , 真空度不超过50pa；第一次精炼真空度不超过5pa，熔炼温度为1530-1550℃ 微调c含量，搅拌；h、o、n合格后进行第二次精炼，第二次精炼投入zr、mn并进行搅拌，熔炼温度1530-1550℃, 充ar3000pa；在成分合格后，在氩气保护下调温至1500-1520℃进行浇铸；两次精炼工艺能够控制o、n含量，如果未能满足上述气体要求则继续搅拌、取样分析气体，直至满足上述气体要求后进行后续操作。
10、作为优选，本发明所述步骤s2）中，电渣成分包括caf2、al2o3、cao、mgo，其比例为65:20:10:5，渣中酌情加入适量铝粉；采用镍基底板，起弧前充ar气15分钟，熔速控制，熔炼阶段熔速按180kg/h控制。
11、作为优选，本发明所述步骤s3）中，锻造处理前以1100℃-1250℃对所述电渣锭进行5-120min的保温处理。
12、作为优选，本发明所述步骤s3）中，先进行开坯锻造，根据铸锭高径比选择是否对所述合金铸锭进行一火次开坯锻造，开坯锻造方式为镦粗，将锻造后的坯料进行空冷；镦粗时使用直径远大于材料的砧具，镦粗后还需对坯料进行倒棱处理。
13、作为优选，本发明所述步骤s3）中，再进行中间锻造，将开坯锻造后得到的坯料进行加热保温，加热温度为1100℃-1250℃，保温时间为5-30min，随后进行多火次改锻。
14、作为优选，本发明所述步骤s3）中，最后进行成品锻造，将中间锻造后的坯料在温度低于相变点时进行最后锻造成型或拔长成型等，保证尺寸要求，同时应保证合金达到相应的均匀度和晶粒度。将锻造后的坯料进行空冷，最终得到符合规格的锻坯。
15、作为优选，本发明所述步骤s4）中，加工完成的板坯料置于热处理炉中加热至1000-1250℃，保温5-60min，取出立即进行第一火次轧制，轧制速度20mm/s-180mm/s，变形量为初始厚度的5%-25%，然后放入热处理炉中保温25-30min，再取出重复上述轧制步骤，直到若干道次后达到设定的总变形量，最后坯料缓慢空冷。
16、本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：通过耐高温熔盐腐蚀合金的配比，使得合金在固溶态下具有良好的机械加工性能，优良的力学性能，在800℃下有较高的高温性能。
技术特征：
1.一种光热发电设备用耐高温熔盐腐蚀合金，其特征在于：其成分按照如下质量百分比(％)组成：6.0-8.0%的cr，3.0-5.0%的fe，0.04-0.08%的c，≤0.20%的co，≤1.0的mn%，≤1.0的si%，1.0-2.0%的w，15.0-18.0%的mo，≤0.015%的p，≤0.020%的s，≤0.50%的ti+al，≤0.010%的b，其余部分为ni及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的光热发电设备用耐高温熔盐腐蚀合金，其特征在于：其成分按照如下质量百分比(％)组成：7.0%的cr，4.0%的fe，0.06%的c，0.17%的co，0.8的mn%，0.5的si%，1.5%的w，16.0%的mo，0.015%的p，0.020%的s，0.36%的ti+al，0.001%的b，其余部分为ni及不可避免的杂质。
3.一种光热发电设备用耐高温熔盐腐蚀合金的制造方法，采用如权利要求1或2所述的光热发电设备用耐高温熔盐腐蚀合金，其特征在于：包括以下步骤：
4.根据权利要求1所述的光热发电设备用耐高温熔盐腐蚀合金的制造方法，其特征在于：所述步骤s1）中，采用真空感应熔炼，包括全熔、第一次精炼和第二次精炼，全熔投入ni、cr、w、si底料，熔炼温度为1520-1540℃ , 真空度不超过50pa；第一次精炼真空度不超过5pa，熔炼温度为1530-1550℃ 微调c含量，搅拌；h、o、n合格后进行第二次精炼，第二次精炼投入zr、mn并进行搅拌，熔炼温度1530-1550℃, 充ar3000pa；在成分合格后，在氩气保护下调温至1500-1520℃进行浇铸；两次精炼工艺能够控制o、n含量，如果未能满足上述气体要求则继续搅拌、取样分析气体，直至满足上述气体要求后进行后续操作。
5.根据权利要求1所述的光热发电设备用耐高温熔盐腐蚀合金的制造方法，其特征在于：所述步骤s2）中，电渣成分包括caf2、al2o3、cao、mgo，其比例为65:20:10:5，渣中酌情加入适量铝粉；采用镍基底板，起弧前充ar气15分钟，熔速控制，熔炼阶段熔速按180kg/h控制。
6.根据权利要求1所述的光热发电设备用耐高温熔盐腐蚀合金的制造方法，其特征在于：所述步骤s3）中，锻造处理前以1100℃-1250℃对所述电渣锭进行5-120min的保温处理。
7.根据权利要求1所述的光热发电设备用耐高温熔盐腐蚀合金的制造方法，其特征在于：所述步骤s3）中，先进行开坯锻造，根据铸锭高径比选择是否对所述合金铸锭进行一火次开坯锻造，开坯锻造方式为镦粗，将锻造后的坯料进行空冷；镦粗时使用直径远大于材料的砧具，镦粗后还需对坯料进行倒棱处理。
8.根据权利要求1所述的光热发电设备用耐高温熔盐腐蚀合金的制造方法，其特征在于：所述步骤s3）中，再进行中间锻造，将开坯锻造后得到的坯料进行加热保温，加热温度为1100℃-1250℃，保温时间为5-30min，随后进行多火次改锻。
9.根据权利要求1所述的光热发电设备用耐高温熔盐腐蚀合金的制造方法，其特征在于：所述步骤s3）中，最后进行成品锻造，将中间锻造后的坯料在温度低于相变点时进行最后锻造成型或拔长成型等，保证尺寸要求，同时应保证合金达到相应的均匀度和晶粒度。将锻造后的坯料进行空冷，最终得到符合规格的锻坯。
10.根据权利要求1所述的光热发电设备用耐高温熔盐腐蚀合金的制造方法，其特征在于：所述步骤s4）中，加工完成的板坯料置于热处理炉中加热至1000-1250℃，保温5-60min，取出立即进行第一火次轧制，轧制速度20mm/s-180mm/s，变形量为初始厚度的5%-25%，然后放入热处理炉中保温25-30min，再取出重复上述轧制步骤，直到若干道次后达到设定的总变形量，最后坯料缓慢空冷。
技术总结
本发明涉及一种光热发电设备用耐高温熔盐腐蚀合金及其制造方法，它属于耐高温熔盐腐蚀合金领域。本发明光热发电设备用耐高温熔盐腐蚀合金的成分按照如下质量百分比(％)组成：6.0‑8.0%的Cr，3.0‑5.0%的Fe，0.04‑0.08%的C，≤0.20%的Co，≤1.0的Mn%，≤1.0的Si%，1.0‑2.0%的W，15.0‑18.0%的Mo，≤0.015%的P，≤0.020%的S，≤0.50%的Ti+Al，≤0.010%的B，其余部分为Ni及不可避免的杂质。本发明还提供一种光热发电设备用耐高温熔盐腐蚀合金的制造方法本发明在固溶态下具有良好的机械加工性能，优良的力学性能，在800℃下有较高的高温性能，满足使用需求。
技术研发人员：李杰,马登德,邱忠红,赵磊
受保护的技术使用者：振石集团东方特钢有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5