一种耐高温氯离子熔盐腐蚀的镍钼基合金材料、其制备方法及其应用

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1.本发明涉及一种耐高温氯离子熔盐腐蚀的合金材料、其制备方法及其应用，特别是涉及镍钼基合金材料及制备方法，应用于耐离子熔盐腐蚀功能合金材料技术领域。

背景技术：

2.由于资源消耗日益加剧，能源危机日益严重。目前，很多国家面临着资源紧缺、污染严重、能源消费结构单一等一系列问题。因此，除要对常规能源资源进行高效和清洁的转化利用以外，有必要开发利用各种形式的可再生、绿能源。因此，开发和利用太阳能这种可再生能源引起重视。太阳能是安全性、清洁性、永久性等最好的能源。例如，中国总面积2/3以上地区年日照时数均大于2200h，尤其是西藏西部、新疆东南部、青海西部、云南南部等地区太阳能资源尤为丰富，接近世界上最著名的非洲大沙漠，位居世界第二位。如果将该太阳能进行有效利用，对于解决能源与环境问题将有重大意义。
3.太阳能光热发电是一种完全清洁的发电方式，不会产生二次污染，并且光热发电技术适于大规模的应用，同时单位成本低、技术相对成熟，国外已经大规模投入到商业化运营中。传热蓄热技术是太阳能热发电的关键技术之一。传热储热介质的特性直接影响系统的吸热、传热与储热性能。氯盐因具有众多优点而引起关注。如种类繁多，价格低廉，可根据需要制成不同熔点的混合熔盐，而且相变潜热大，熔融状态下粘度小，具备良好的高温热稳定性，工作温度可达900℃等优点。因此氯盐很适合作为高温传热储热材料。氯盐最大缺点是腐蚀性强，是其应用于太阳能光热发电站中的最关键问题，如果能克服该缺点，会提高管道和容器等关键部件材料服役寿命，减少电站运行和维护成本，将非常有应用前景。现有商用金属材料中，镍基合金耐氯盐腐蚀性能相对较好，但还不能满足需要。因此，开发出优良的耐氯盐腐蚀的镍基合金至关重要。

技术实现要素：

4.为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种光热发电用镍基合金材料、其制备方法及其应用，大幅度提高其热加工性和抗高温氯离子熔盐腐蚀性能，本发明特种镍基合金材料可以用作光热发电的换热管，材料具有优异的热加工和抗高温氯离子熔盐腐蚀性能。
5.为达到上述目的，本发明创造采用如下发明构思：
6.根据铬与钼复合添加，本发明通过大量试验研究发现，在镍铬合金真空感应熔炼过程中，加入合适铬、钼元素，从而制备出具有优异热加工性和抗高温氯离子熔盐腐蚀性能的合金材料。
7.根据上述发明构思，本发明采用如下技术方案：
8.一种耐高温氯离子熔盐腐蚀的镍钼基合金材料，其主要成分由如下质量百分比组成：
9.c≤0.03％，cr：8.0～18.0％，mo：18.0～24.0％；co、ta、re及稀土钇中任意一种元素或任意几种元素含量为co≤6.0％、ta≤5.0％、re≤5.0％、y≤0.2％；其余部分为镍和不可避免的杂质。
10.优选地，本发明所述耐高温氯离子熔盐腐蚀的镍钼基合金材料成分由如下质量百分比组成：
11.c：0.01～0.02％，cr：8.0～18.0％，mo：18.0～24.0％，co：0-6.0％、ta：0-2.0％，re： 0.5-3.5％，y：0.02-0.09％，其余部分为镍和不可避免的杂质。
12.优选地，本发明所述耐高温氯离子熔盐腐蚀的镍钼基合金材料，以成分的质量百分比计，其中co、ta、re及稀土钇中任意一种元素或任意几种元素含量为co：2.0-6.0％、ta：1.0-2.0％、 re：1.5-3.5％、y：0.02-0.09％。
13.优选地，本发明所述耐高温氯离子熔盐腐蚀的镍钼基合金材料的室温拉伸断裂强度不低于800mpa，断裂延伸率不低于35％。
14.优选地，本发明所述耐高温氯离子熔盐腐蚀的镍钼基合金材料，其合金晶粒尺寸为50-300 μm。
15.一种本发明所述耐高温氯离子熔盐腐蚀的镍钼基合金材料的制备方法，包括如下步骤：
16.a.采用真空感应熔炼工艺，在原料配料时，主要原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：
17.c≤0.03％，cr：8.0～18.0％，mo：18.0～24.0％；co、ta、re及稀土钇中任意一种元素或任意几种元素含量为co≤6.0％、ta≤5.0％、re≤5.0％、y≤0.2％；其余部分为镍和不可避免的杂质；将配料后称量的全部原料进行真空感应熔炼，得到合金熔体；
18.b.将在所述步骤a中制备的合金熔体浇铸成型，将浇铸得到的合金铸锭依次经热锻、热轧、冷轧、退火热处理工艺，最终制得耐高温氯离子熔盐腐蚀的镍钼基合金材料棒材或板材。
19.优选地，在所述步骤a中，采用真空感应熔炼工艺，将准备的原料放入真空感应加热炉中，抽真空至3
×
10-3
pa以下，然后通入高纯度的氩气作为保护气体；然后进行升温加热，按照不低于100℃/min的升温速率，升温至1700℃左右，并保温熔炼至少10min，得到合金熔体；
20.优选地，在所述步骤b中，将在所述步骤a中制备的合金熔体浇铸成型，将浇铸得到的合金铸锭进行热锻、热轧处理，其中，控制热锻温度不低于900℃，热轧温度不低于900℃，反复轧制至少3次，然后进行冷轧轧制至少3次；然后进行退火热处理，将经过轧制的材料置于退火炉内，升温到退火温度为不低于800℃，进行退火热处理，控制退火时间为至少 10min，随后冷却至室，最终制得耐高温氯离子熔盐腐蚀的镍钼基合金材料棒材或板材。
21.优选地，在所述步骤b中，所制备的耐高温氯离子熔盐腐蚀的镍钼基合金材料由如下质量百分比组成：
22.c：0.01～0.02％，cr：8.0～18.0％，mo：18.0～24.0％，co：0-6.0％、ta：0-2.0％，re： 0.5-3.5％，y：0.02-0.09％，其余部分为镍和不可避免的杂质。
23.一种本发明所述耐高温氯离子熔盐腐蚀的镍钼基合金材料的应用，在不低于600℃条件下，所述耐高温氯离子熔盐腐蚀的镍钼基合金材料用作光热发电的耐氯盐腐蚀部
件材料。
24.优选地，所述耐高温氯离子熔盐腐蚀的镍钼基合金材料用作光热发电的换热管或容器部件材料。
25.本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
26.1.与其它镍基合金材料相比，本发明采用真空感应熔炼工艺，经综合配料和熔制浇注成型，再经热锻、热轧和退火处理等工艺，最终制得一种具有优异热加工性的抗高温氯离子熔盐腐蚀的合金棒材或板材，本发明抗高温氯离子熔盐腐蚀的合金材料具有强度高、耐高温氧化、耐氯离子腐蚀和热加工成型性优良等优点；
27.2.本发明具有优异热加工性的抗高温氯离子熔盐腐蚀的合金材料在其成分范围内的合金材料经热锻、热轧和退火处理后，其室温拉伸断裂强度在800～1000mpa范围，断裂延伸率大于等于35％，有效抑制使用过程中的易老化的缺陷，是未来高温光热发电等的最佳候选材料，可以大幅度提高抗氯离子腐蚀性能和安全性；
28.3.本发明抗高温氯离子熔盐腐蚀的合金材料生产工艺简单，易加工，易于推广应用。
附图说明
29.图1为本发明实施例一的金相组织照片。
具体实施方式
30.下述耐高温氯离子熔盐腐蚀的镍钼基合金材料，其成分由如下质量百分比组成：
31.c：0.01～0.02％，cr：8.0～18.0％，mo：18.0～24.0％，co：0-6.0％、ta：0-2.0％，re： 0.5-3.5％，y：0.02-0.09％，其余部分为镍和不可避免的杂质。
32.下述实施例耐高温氯离子熔盐腐蚀的镍钼基合金材料的制备方法，包括如下步骤：
33.a.采用真空感应熔炼工艺，在原料配料时，主要原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：
34.c：0.01～0.02％，cr：8.0～18.0％，mo：18.0～24.0％，co：0-6.0％、ta：0-2.0％，re： 0.5-3.5％，y：0.02-0.09％；其余部分为镍和不可避免的杂质；采用真空感应熔炼工艺，将准备的原料放入真空感应加热炉中，抽真空至3
×
10-3
pa以下，然后通入高纯度的氩气作为保护气体；然后进行升温加热，按照不低于100℃/min的升温速率，升温至1700℃，并保温熔炼至少10min，得到合金熔体；
35.b.将在所述步骤a中制备的合金熔体浇铸成型，将在所述步骤a中制备的合金熔体浇铸成型，将浇铸得到的合金铸锭进行热锻、热轧处理，其中，控制热锻温度不低于900℃，热轧温度不低于900℃，反复轧制至少3次，然后进行冷轧轧制至少3次；然后进行退火热处理，将经过轧制的材料置于退火炉内，升温到退火温度为不低于800℃，进行退火热处理，控制退火时间为至少10min，随后冷却至室，最终制得耐高温氯离子熔盐腐蚀的镍钼基合金材料棒材或板材。
36.以下结合具体的实施例子对上述方案做进一步说明，本发明的优选实施例详述如下：
37.实施例一：
38.在本实施例中，一种具有优异热加工性的抗高温氯离子熔盐腐蚀合金材料的制备方法，包括如下步骤：
39.a.采用真空感应熔炼工艺，在原料配料时，采用的原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：
[0040][0041]
将配料后称量的全部原料进行真空感应熔炼，得到合金熔体；
[0042]
b.将在所述步骤a中制备的合金熔体浇铸成型，将浇铸得到的合金铸锭依次经热锻、热轧和退火热处理工艺，最终制得具有优异热加工性的抗高温氯离子熔盐腐蚀的合金材料棒材或板材。
[0043]
本实施例采用真空感应熔炼工艺，经综合配料熔制、浇注成型，再经热锻、热轧和退火处理等工艺，最终制得一种具有优异热加工性的抗高温氯离子熔盐腐蚀的合金材料或板材。经过实验测试，测试结果表明，本实施例制备的具有优异热加工性的抗高温氯离子熔盐腐蚀的合金材料的板材的室温拉伸断裂强度大于887.94mpa，断裂延伸率大于59.74％。图1为本实施例的金相组织照片。由图1可知，镍钼基合金材料的合金晶粒尺寸为50-300μm。本实施例制备的具有优异热加工性的抗高温氯离子熔盐腐蚀的合金材料的力学和耐氯离子腐蚀性能优于其他高mo镍基材料，可以用作光热发电方面的管料和板材等零部件，是未来替换传统价格昂贵的高mo镍基材料等系列的最佳候选材料，可以大幅度提高抗氯离子腐蚀性能和安全性。
[0044]
实施例二：
[0045]
本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：
[0046]
在本实施例中，一种具有优异热加工性的抗高温氯离子熔盐腐蚀合金材料的制备方法，包括如下步骤：
[0047]
a.采用真空感应熔炼工艺，在原料配料时，采用的原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：
[0048][0049]
将配料后称量的全部原料进行真空感应熔炼，得到合金熔体；
[0050]
b.本步骤与实施例一相同。
[0051]
经过实验测试，测试结果表明，本实施例制备的具有优异热加工性的抗高温氯离子熔盐腐蚀的合金材料的板材的室温拉伸断裂强度大于912.50mpa，断裂延伸率大于58.12％。本实施例制备的具有优异热加工性的抗高温氯离子熔盐腐蚀的合金材料的力学和耐氯离子腐蚀性能优于传统高mo镍基材料，可以用作光热发电方面的管料和板材等零部件，是未来替换传统价格昂贵的高mo镍基材料等系列的最佳候选材料，可以大幅度提高抗氯离子腐蚀性能和安全性。
[0052]
实施例三：
[0053]
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
[0054]
在本实施例中，一种具有优异热加工性的抗高温氯离子熔盐腐蚀合金材料的制备方法，包括如下步骤：
[0055]
a.采用真空感应熔炼工艺，在原料配料时，采用的原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：
[0056][0057]
将配料后称量的全部原料进行真空感应熔炼，得到合金熔体；
[0058]
b.本步骤与实施例一相同。
[0059]
经过实验测试，测试结果表明，本实施例制备的具有优异热加工性的抗高温氯离子熔盐腐蚀的合金材料的板材的室温拉伸断裂强度大于937.21mpa，断裂延伸率大于54.47％。本实施例制备的具有优异热加工性的抗高温氯离子熔盐腐蚀的合金材料的力学和耐氯离子腐蚀性能优于传统高mo镍基材料，可以用作光热发电方面的管料和板材等零部件，是未来替换传统价格昂贵的高mo镍基材料等系列的最佳候选材料，可以大幅度提高抗氯离子腐蚀性能和安全性。
[0060]
实施例四：
[0061]
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
[0062]
在本实施例中，一种具有优异热加工性的抗高温氯离子熔盐腐蚀合金材料的制备方法，包括如下步骤：
[0063]
a.采用真空感应熔炼工艺，在原料配料时，采用的原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：
[0064]
[0065][0066]
将配料后称量的全部原料进行真空感应熔炼，得到合金熔体；
[0067]
b.本步骤与实施例一相同。
[0068]
经过实验测试，测试结果表明，本实施例制备的具有优异热加工性的抗高温氯离子熔盐腐蚀的合金材料的板材的室温拉伸断裂强度大于970.30mpa，断裂延伸率大于52.02％。本实施例制备的具有优异热加工性的抗高温氯离子熔盐腐蚀的合金材料的力学和耐氯离子腐蚀性能优于传统高mo镍基材料，可以用作光热发电方面的管料和板材等零部件，是未来替换传统价格昂贵的高mo镍基材料等系列的最佳候选材料，可以大幅度提高抗氯离子腐蚀性能和安全性。
[0069]
实施例五：
[0070]
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
[0071]
在本实施例中，一种具有优异热加工性的抗高温氯离子熔盐腐蚀合金材料的制备方法，包括如下步骤：
[0072]
a.采用真空感应熔炼工艺，在原料配料时，采用的原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：
[0073][0074]
将配料后称量的全部原料进行真空感应熔炼，得到合金熔体；
[0075]
b.本步骤与实施例一相同。
[0076]
经过实验测试，测试结果表明，本实施例制备的具有优异热加工性的抗高温氯离子熔盐腐蚀的合金材料的板材的室温拉伸断裂强度大于997.97mpa，断裂延伸率大于50.02％。本实施例制备的具有优异热加工性的抗高温氯离子熔盐腐蚀的合金材料的力学和耐氯离子腐蚀性能优于传统高mo镍基材料材料，可以用作光热发电方面的管料和板材等零部件，是未来替换传统价格昂贵的高mo镍合材料等系列的最佳候选材料，可以大幅度提高抗氯离子腐蚀性能和安全性。
[0077]
实施例六：
[0078]
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
[0079]
在本实施例中，一种具有优异热加工性的抗高温氯离子熔盐腐蚀合金材料的制备方法，包括如下步骤：
[0080]
a.采用真空感应熔炼工艺，在原料配料时，采用的原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：
[0081][0082]
将配料后称量的全部原料进行真空感应熔炼，得到合金熔体；
[0083]
b.本步骤与实施例一相同。
[0084]
经过实验测试，测试结果表明，本实施例制备的具有优异热加工性的抗高温氯离子熔盐腐蚀的合金材料的板材的室温拉伸断裂强度大于861.31mpa，断裂延伸率大于56.21％。本实施例制备的具有优异热加工性的抗高温氯离子熔盐腐蚀的合金材料的力学和耐氯离子腐蚀性能优于传统高mo镍基材料材料，可以用作光热发电方面的管料和板材等零部件，是未来替换传统价格昂贵的高mo镍合材料等系列的最佳候选材料，可以大幅度提高抗氯离子腐蚀性能和安全性。
[0085]
实施例七：
[0086]
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
[0087]
在本实施例中，一种具有优异热加工性的抗高温氯离子熔盐腐蚀合金材料的制备方法，包括如下步骤：
[0088]
a.采用真空感应熔炼工艺，在原料配料时，采用的原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：
[0089][0090][0091]
将配料后称量的全部原料进行真空感应熔炼，得到合金熔体；
[0092]
b.本步骤与实施例一相同。
[0093]
经过实验测试，测试结果表明，本实施例制备的具有优异热加工性的抗高温氯离子熔盐腐蚀的合金材料的板材的室温拉伸断裂强度大于967.28mpa，断裂延伸率大于43.89％。本实施例制备的具有优异热加工性的抗高温氯离子熔盐腐蚀的合金材料的力学和耐氯离子腐蚀性能优于传统高mo镍基材料材料，可以用作光热发电方面的管料和板材等零部件，是未来替换传统价格昂贵的高mo镍合材料等系列的最佳候选材料，可以大幅度
提高抗氯离子腐蚀性能和安全性。
[0094]
实施例八：
[0095]
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
[0096]
在本实施例中，一种具有优异热加工性的抗高温氯离子熔盐腐蚀合金材料的制备方法，包括如下步骤：
[0097]
a.采用真空感应熔炼工艺，在原料配料时，采用的原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：
[0098][0099]
将配料后称量的全部原料进行真空感应熔炼，得到合金熔体；
[0100]
b.本步骤与实施例一相同。
[0101]
经过实验测试，测试结果表明，本实施例制备的具有优异热加工性的抗高温氯离子熔盐腐蚀的合金材料的板材的室温拉伸断裂强度大于984.39mpa，断裂延伸率大于37.38％。本实施例制备的具有优异热加工性的抗高温氯离子熔盐腐蚀的合金材料的力学和耐氯离子腐蚀性能优于传统高mo镍基材料材料，可以用作光热发电方面的管料和板材等零部件，是未来替换传统价格昂贵的高mo镍合材料等系列的最佳候选材料，可以大幅度提高抗氯离子腐蚀性能和安全性。
[0102]
综上所述，上述实施例抗高温氯离子熔盐腐蚀的合金材料是一种含铬和钼的镍基合金材料，具有优异热加工性，其主要成分按照如下质量百分比(％)组成：c≤0.03％，cr：8.0～18.0％， mo：18.0～24.0％，co、ta、re及稀土钇中任意一种元素或任意几种元素，以成分的质量百分比计，含量为co≤6.0％、ta≤5.0％、re≤5.0％、y≤0.2％，其余部分为镍和不可避免的杂质。经配料和真空感应熔制，浇注成型，再经热锻、热轧和退火处理等工艺，最终制得一种具有优异热加工性的抗高温氯离子熔盐腐蚀的合金材料。本发明抗高温氯离子熔盐腐蚀的合金材料具有强度高、成本低，耐600-900℃高温氯离子熔盐腐蚀和热加工成型性优良的优点。
[0103]
上面对本发明实施例结合附图进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明抗高温氯离子熔盐腐蚀的合金材料及其制备方法的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种耐高温氯离子熔盐腐蚀的镍钼基合金材料，其特征在于，其主要成分由如下质量百分比组成：c≤0.03％，cr：8.0～18.0％，mo：18.0～24.0％；co、ta、re及稀土钇中任意一种元素或任意几种元素含量为co≤6.0％、ta≤5.0％、re≤5.0％、y≤0.2％；其余部分为镍和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述耐高温氯离子熔盐腐蚀的镍钼基合金材料，其特征在于，其成分由如下质量百分比组成：c：0.01～0.02％，cr：8.0～18.0％，mo：18.0～24.0％，co：0-6.0％、ta：0-2.0％，re：0.5-3.5％，y：0.02-0.09％，其余部分为镍和不可避免的杂质。3.根据权利要求1所述耐高温氯离子熔盐腐蚀的镍钼基合金材料，其特征在于：以成分的质量百分比计，其中co、ta、re及稀土钇中任意一种元素或任意几种元素含量为co：2.0-6.0％、ta：1.0-2.0％、re：1.5-3.5％、y：0.02-0.09％。4.根据权利要求1所述耐高温氯离子熔盐腐蚀的镍钼基合金材料，其特征在于：其室温拉伸断裂强度不低于800mpa，断裂延伸率不低于35％。5.根据权利要求1所述耐高温氯离子熔盐腐蚀的镍钼基合金材料，其特征在于：其合金晶粒尺寸为50-300μm。6.一种权利要求1所述耐高温氯离子熔盐腐蚀的镍钼基合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：a.采用真空感应熔炼工艺，在原料配料时，主要原料成分按照如下质量百分比组成进行原料配料：c≤0.03％，cr：8.0～18.0％，mo：18.0～24.0％；co、ta、re及稀土钇中任意一种元素或任意几种元素含量为co≤6.0％、ta≤5.0％、re≤5.0％、y≤0.2％；其余部分为镍和不可避免的杂质；将配料后称量的全部原料进行真空感应熔炼，得到合金熔体；b.将在所述步骤a中制备的合金熔体浇铸成型，将浇铸得到的合金铸锭依次经热锻、热轧、冷轧、退火热处理工艺，最终制得耐高温氯离子熔盐腐蚀的镍钼基合金材料棒材或板材。7.根据权利要求6所述耐高温氯离子熔盐腐蚀的镍钼基合金材料的制备方法，其特征在于：在所述步骤b中，所制备的耐高温氯离子熔盐腐蚀的镍钼基合金材料由如下质量百分比组成：c：0.01～0.02％，cr：8.0～18.0％，mo：18.0～24.0％，co：0-6.0％、ta：0-2.0％，re：0.5-3.5％，y：0.02-0.09％，其余部分为镍和不可避免的杂质。8.一种权利要求1所述耐高温氯离子熔盐腐蚀的镍钼基合金材料的应用，其特征在于：在不低于600℃条件下，所述耐高温氯离子熔盐腐蚀的镍钼基合金材料用作光热发电的耐氯盐腐蚀部件材料。9.根据权利要求8所述耐高温氯离子熔盐腐蚀的镍钼基合金材料的应用，其特征在于：所述耐高温氯离子熔盐腐蚀的镍钼基合金材料用作光热发电的换热管或容器部件材料。

技术总结

本发明公开了一种耐高温氯离子熔盐腐蚀的镍钼基合金材料、其制备方法及其应用，其主要成分按照如下质量百分比组成：C≤0.03％，Cr：8.0～18.0％，Mo：18.0～24.0％，Co、Ta、Re及稀土钇中任意一种元素或任意几种元素，按照质量百分比计，含量为Co≤6.0％、Ta≤5.0％、Re≤5.0％、Y≤0.2％，其余部分为镍和不可避免的杂质。经配料和真空感应熔制，浇注成型，再经热锻、热轧、冷轧和退火处理工艺，最终制得具有优异热加工性的耐高温氯离子熔盐腐蚀的镍钼基合金材料棒材或板材。本发明耐高温氯离子熔盐腐蚀的镍钼基合金材料具有强度高、耐600-900℃高温氯离子熔盐腐蚀和热加工成型性优良的优点。优点。优点。