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提高火力发电机组的热效率,对于节能减排有重大意义。当前世界许多发达国家相继开始研发700℃等级超超临界(A-USC)燃煤发电技术,其中700℃等级超超临界下锅炉管道的选材是一个研究重点。镍基合金Inconel740H因其具有良好的高温持久性和耐蚀性能,是700℃等级超超临界燃煤锅炉过热器/再热器的重要候选材料。
电渣重熔是当前冶炼Inconel740H等镍基高温合金的重要手段,但仍存在以下问题:合金中Al、Ti等易氧化元素烧损且沿锭身分布不均匀;镍基合金由于熔点低、液态黏度大,常出现锭身表面渣沟、腰带缺陷、锭身分流眼等表面质量问题;Inconel740H的高合金化程度使其在冶炼凝固中易产生严重的枝晶偏析和枝晶间低熔点(共晶)脆性相,从而导致合金的力学性能和抗腐蚀性能下降。为了解决这些问题,本课题对电渣重熔的渣系和铸锭均质化工艺进行研究。
对于电渣重熔渣系的研究分为以下内容:首先根据电渣重熔Inconel740H合金的工艺特点及其对渣系的要求,在51.5%CaF2-22.7%Al2O3-20.6%CaO-5.2%MgO的基础渣系中,加入0、3%、5%、7%和9%的TiO2,设计了五组渣系,分别记为T0#、T3#、T5#、T7#和T9#;其次,对五组渣系的熔化特性、黏度、密度、光学碱度和电导率进行了测算,对渣系物相进行XRD分析;最后,将五组渣系与真空感应炉冶炼的Inconel740H合金进行渣金平衡实验,对反应过程及终点的合金与渣样进行测定分析。
对于铸锭均质化的研究分为以下内容:利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)对经过真空感应炉冶炼的Inconel740H铸锭进行组织、析出相和元素偏析分析。依据残余偏析指数理论和DICTRA软件计算了均匀化动力学曲线并提出了六种不同均匀化制度,再结合均匀化后的组织分析,从而确定Inconel740H了合金合理的均匀化制度。
主要结论如下:
(1)以51.5%CaF2-22.7%Al2O3-20.6%CaO-5.2%MgO为基,加入TiO2含量为0~9%的范围内,熔点变化范围为1264℃~1296℃。且随着TiO2含量增大,渣相中逐渐生成低熔点相,渣系的熔点逐渐降低;渣系黏度在高温段(1350℃~1550℃)变化不大,有利于重熔过程中渣池的稳定成型,而在低温段随着TiO2含量的增加,渣系黏度值呈降低趋势;计算所得渣系的电导率、光学碱度和密度均随TiO2含量增大而逐渐降低。
(2)调整渣系中的Al2O3、TiO2含量比,可以改变渣系活度,从而对合金铝钛含量比lg([Al%]4/[Ti%]3)的控制产生影响。在T0#~T9#渣系中,随着TiO2含量的增加,T0#出现“烧钛增铝”现象,T5#、T7#和T9#出现愈来愈明显的:“烧铝增钛”现象,T3#(成分为50%CaF2-22%Al2O3-20%CaO-5%MgO-3%TiO2)铝钛含量较为稳定,更适用于Inconel740H合金的电渣重熔中。
(3)Inconel740H合金铸锭存在严重的枝晶偏析,且铸锭心部和1/2半径处偏析程度大于边部。Nb、Ti元素大量偏”聚于枝晶间,形成有害析出相主要为Laves相;在均匀化过程中,随着温度升高和保温时间的延长,Nb、Ti元素逐渐扩散均匀,当热处理制度为1180℃/20h时,元素偏析基本消除,有害析出相回溶,是较优的均匀化工艺。
电渣重熔是当前冶炼Inconel740H等镍基高温合金的重要手段,但仍存在以下问题:合金中Al、Ti等易氧化元素烧损且沿锭身分布不均匀;镍基合金由于熔点低、液态黏度大,常出现锭身表面渣沟、腰带缺陷、锭身分流眼等表面质量问题;Inconel740H的高合金化程度使其在冶炼凝固中易产生严重的枝晶偏析和枝晶间低熔点(共晶)脆性相,从而导致合金的力学性能和抗腐蚀性能下降。为了解决这些问题,本课题对电渣重熔的渣系和铸锭均质化工艺进行研究。
对于电渣重熔渣系的研究分为以下内容:首先根据电渣重熔Inconel740H合金的工艺特点及其对渣系的要求,在51.5%CaF2-22.7%Al2O3-20.6%CaO-5.2%MgO的基础渣系中,加入0、3%、5%、7%和9%的TiO2,设计了五组渣系,分别记为T0#、T3#、T5#、T7#和T9#;其次,对五组渣系的熔化特性、黏度、密度、光学碱度和电导率进行了测算,对渣系物相进行XRD分析;最后,将五组渣系与真空感应炉冶炼的Inconel740H合金进行渣金平衡实验,对反应过程及终点的合金与渣样进行测定分析。
对于铸锭均质化的研究分为以下内容:利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)对经过真空感应炉冶炼的Inconel740H铸锭进行组织、析出相和元素偏析分析。依据残余偏析指数理论和DICTRA软件计算了均匀化动力学曲线并提出了六种不同均匀化制度,再结合均匀化后的组织分析,从而确定Inconel740H了合金合理的均匀化制度。
主要结论如下:
(1)以51.5%CaF2-22.7%Al2O3-20.6%CaO-5.2%MgO为基,加入TiO2含量为0~9%的范围内,熔点变化范围为1264℃~1296℃。且随着TiO2含量增大,渣相中逐渐生成低熔点相,渣系的熔点逐渐降低;渣系黏度在高温段(1350℃~1550℃)变化不大,有利于重熔过程中渣池的稳定成型,而在低温段随着TiO2含量的增加,渣系黏度值呈降低趋势;计算所得渣系的电导率、光学碱度和密度均随TiO2含量增大而逐渐降低。
(2)调整渣系中的Al2O3、TiO2含量比,可以改变渣系活度,从而对合金铝钛含量比lg([Al%]4/[Ti%]3)的控制产生影响。在T0#~T9#渣系中,随着TiO2含量的增加,T0#出现“烧钛增铝”现象,T5#、T7#和T9#出现愈来愈明显的:“烧铝增钛”现象,T3#(成分为50%CaF2-22%Al2O3-20%CaO-5%MgO-3%TiO2)铝钛含量较为稳定,更适用于Inconel740H合金的电渣重熔中。
(3)Inconel740H合金铸锭存在严重的枝晶偏析,且铸锭心部和1/2半径处偏析程度大于边部。Nb、Ti元素大量偏”聚于枝晶间,形成有害析出相主要为Laves相;在均匀化过程中,随着温度升高和保温时间的延长,Nb、Ti元素逐渐扩散均匀,当热处理制度为1180℃/20h时,元素偏析基本消除,有害析出相回溶,是较优的均匀化工艺。