本發(fā)明屬于金屬領(lǐng)域，具體涉及一種管件及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

生物質(zhì)發(fā)電是利用生物質(zhì)所具有的生物質(zhì)能進(jìn)行的發(fā)電，是可再生能源發(fā)電的一種，包括農(nóng)林廢棄物直接燃燒發(fā)電、農(nóng)林廢棄物氣化發(fā)電、垃圾焚燒發(fā)電、垃圾填埋氣發(fā)電、沼氣發(fā)電?？稍偕?、無污染的生物質(zhì)燃料，是未來綠色可再生能源的發(fā)展方向之一，具有廣闊的發(fā)展前景。然而，生物質(zhì)燃料如秸稈等由于在生長過程中吸收大量的礦物質(zhì)、鹽類等，燃燒氣氛中含有K⁺、Na⁺、Cl^-等離子及其鹽類，與過熱器管材接觸容易發(fā)生腐蝕作用，奪取管材表面氧化物保護(hù)膜中的氧，腐蝕管材中含鐵的低熔點(diǎn)氯化物和硫化物，進(jìn)一步促進(jìn)管材腐蝕過程持續(xù)發(fā)生。因此，與燃煤發(fā)電相比，生物質(zhì)燃燒發(fā)電對電站鍋爐過熱管等設(shè)備的耐腐蝕性能要求較高。

目前國內(nèi)外在制備生物質(zhì)電站鍋爐過熱管中常用的合金材料為TP91合金、304不銹鋼和HR3C合金等。然而，在高溫且含有K⁺、Na⁺、Cl^-等離子和水汽等條件下，TP91合金和304不銹鋼表層的氧化物、碳化物的保護(hù)作用有限，這類火電用鍋爐過熱器管材會很快結(jié)垢并被腐蝕和氧化，使用壽命因此縮短。對于HR3C合金，其成分為25Cr-20Ni-Nb-N，雖然具備一定的高溫耐K⁺、Na⁺、Cl^-等離子腐蝕性能，但是這種合金為奧氏體結(jié)構(gòu)的合金，含有大量的Ni元素，價(jià)格比較高，且管材加工有一定難度。

因此，研發(fā)出一種耐高溫腐蝕、成本低廉的管件，用于制備生物質(zhì)電站鍋爐過熱管，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種成本低廉的管件，用于制備生物質(zhì)電站鍋爐過熱管，減輕K⁺、Na⁺、Cl^-等離子的高溫腐蝕作用，延長管材的使用壽命。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下：

一種管件，所述管件主要由一種新型合金制成；

其中，所述新型合金包含以下組分：

優(yōu)選的，所述Cr的含量為19.0wt％～24.0wt％。

優(yōu)選的，所述Al的含量為3.0wt％～7.5wt％。

優(yōu)選的，所述Ni的含量為0～1.5wt％。

優(yōu)選的，所述Mo的含量為0～1.5wt％。

優(yōu)選的，所述Ti的含量為0.2wt％～1.0wt％。

優(yōu)選的，所述Nb的含量為0.2wt％～1.0wt％。

優(yōu)選的，所述新型合金的制備方法包括以下步驟：

a)稱取各成分的原料；

b)將Cr、Ni、Mo、Nb和Fe置于真空感應(yīng)爐；對爐膛抽真空使其真空度小于50Pa，并加熱至1500～1600℃，使原料熔化；脫氣10min后，加入Al和Ti并快速混合，熔化，得到熔液；

c)將步驟b)所述熔液進(jìn)行澆鑄，得到鑄件；

d)將鑄件經(jīng)過熱鍛、熱軋、退火處理和冷軋，制得所述新型合金材料。

優(yōu)選的，所述Cr、Al、Ni、Mo、Ti、Nb和Fe的原料為純金屬錠；

或，所述Cr、Al、Ni、Mo和Ti的原料為純金屬錠，所述Nb和Fe的原料為NbFe中間合金錠；

或，所述Al、Ni、Ti、Nb和Fe的原料為純金屬錠，所述Cr的原料為Cr母合金，所述Mo的原料為Mo母合金。

優(yōu)選的，步驟b)所述爐膛的真空度為12～15Pa。

優(yōu)選的，步驟d)所述熱鍛的溫度為1050～1200℃，所述熱軋的溫度為1000～1150℃，所述退火的溫度為800～900℃，所述冷軋為室溫冷軋。

優(yōu)選的，步驟d)所述新型合金材料為鐵素體組織；所述鐵素體組織晶粒均勻。

優(yōu)選的，所述管件為生物質(zhì)電站鍋爐過熱管。

本發(fā)明還提供了上述管件在制備鍋爐過熱管中的應(yīng)用。

本發(fā)明提供的一種管件，成本低廉，并且具有良好的耐高溫K⁺、Na⁺、Cl^-等離子腐蝕性能。這種管件主要由一種新型合金制成，該新型合金包含：17.0～27.0wt％的鉻、0～10.0wt％的鋁、0～2.0wt％的鎳、0～3.0wt％的鉬、0～2.0wt％的鈦、0～2.0wt％的鈮、余量的鐵。各金屬元素相互作用，相互配合，使得該合金具有良好的耐K⁺、Na⁺、Cl^-腐蝕性能和耐高溫腐蝕性能。與Fe-26Cr-1Mo、Fe-26Cr-3Ni-3Mo和Fe-23Cr-14Ni-1Mo等常用換熱管合金相比，該合金具有更好的導(dǎo)熱性能、更低的熱膨脹系數(shù)、更好的耐高溫Cl^-、Na⁺和K⁺離子耐腐蝕性能，以及良好的成型性能、焊接性能；與304、HR3C等奧氏體合金相比，該鐵素體合金的成本較低。

在本發(fā)明新型合金材料的制備過程中，通過對合金原料分批加入的控制，在高溫條件下降低某些合金原料易被氧化的機(jī)會，保證合金成品中的氧和其他雜質(zhì)含量維持在較低水平。后期通過適當(dāng)?shù)臒峒庸?、冷加工及退火處理，保證制備的合金具有晶粒細(xì)小、組織純凈、大小均一的鐵素體結(jié)構(gòu)，確保該新型耐蝕合金具有良好的力學(xué)性能。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的耐蝕合金材料的金相顯微照片；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例2的耐蝕合金材料及其他常用合金材料在600℃的KCl氣氛中的腐蝕動力曲線圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例2的耐蝕合金材料及其他常用合金材料在700℃的KCl氣氛中的腐蝕動力曲線圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例3的耐蝕合金材料及其他常用合金材料在650℃的KCl氣氛中腐蝕后的掃描電鏡照片。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明雜耐蝕性能方面，利用氧化鋁及氧化鉻耐蝕性能優(yōu)良的特性，在參考多種合金性能及成分的基礎(chǔ)上，通過實(shí)驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)出新的高鉻、含鋁的耐蝕合金。

一種新型合金材料，包括：17.0wt％～27.0wt％的鉻、0～10.0wt％的鋁、0～2.0wt％的鎳、0～3.0wt％的鉬、0～2.0wt％的鈦、0～2.0wt％的鈮和余量的鐵。

高溫條件下使用的耐熱鋼通常會加入鉻、鎳、鋁和鉬等元素，其中鉻是耐熱鋼的最基本元素，通過在管材表面形成致密的氧化膜，使管材具有高的耐蝕性能和高的抗氧化性能。本申請中所述鉻的含量為17.0wt％～27.0wt％，優(yōu)選為19.0wt％～24.0wt％，更優(yōu)選為20.0wt％～22.0wt％，在此范圍內(nèi)，合金材料的高溫耐腐蝕性能得到優(yōu)化。當(dāng)鉻含量小于17.0wt％時(shí)，其產(chǎn)生的作用效果會由于其成分含量較少而受到限制，影響材料的耐腐蝕性能和抗氧化性能；其含量超過27.0wt％時(shí)，會導(dǎo)致合金材料塑性、韌性急劇下降，產(chǎn)生時(shí)效脆化，降低合金的使用壽命。此外，鉻含量過高，增加了鉻的碳化物析出而使鋼的耐腐蝕性能下降的風(fēng)險(xiǎn)。因此，鉻的含量控制在17.0wt％～27.0wt％，優(yōu)選為19.0wt～24.0wt％，更優(yōu)選為20.0wt％～23.0wt％。

適量鎳加入耐熱鋼中溶入固溶體，會使鋼的力學(xué)性能顯著提高，還能提高耐熱鋼的抗氧化性能。然而，鎳為較稀缺的資源，價(jià)格較高，而且隨著合金材料中鎳元素含量的增加其加工難度也增大。因此，鎳的含量宜控制在0～2.0wt％，優(yōu)選為0～1.5wt％，更優(yōu)選為0～1wt％。

鋁的加入可以使耐熱鋼形成保護(hù)性氧化膜，提高鋼的抗氧化性能及其耐腐蝕性能。鋁的含量宜為0～10.0wt％，優(yōu)選為3.0wt％～7.5wt％，更優(yōu)選為5wt％～6wt％。

鉬作為微量合金元素加入耐熱鋼中，使鋼的晶粒細(xì)化，在高溫時(shí)保持足夠的強(qiáng)度和抗蠕變能力，此外還可抑制合金材料的脆性。鉬的含量不宜過高，可為0～3.0wt％，優(yōu)選為0～1.5wt％，更優(yōu)選為0～1.2wt％。

鈮和鈦加入耐熱鋼中，可形成穩(wěn)定的碳化物，提高鋼的強(qiáng)度及熱硬性，保證了該合金在耐Cl腐蝕、K腐蝕和高溫腐蝕性能方面的良好性能。因此，鈮的含量為0～2.0wt％，優(yōu)選為0.2wt％～1.0wt％，更優(yōu)選為0.4wt％～0.6wt％；鈦的含量為0～2.0wt％，優(yōu)選為0.2wt％～1.0wt％，更優(yōu)選為0.4wt％～0.6wt％。

上述各元素成分的來源主要為Cr、Al、Ni、Mo、Ti、Nb、Fe的純金屬錠，除了純金屬錠，Nb、Fe的來源還可以為NbFe的中間合錠，Cr、Mo的來源還可以為其母合金。以上所述的原料不可避免的含有C、P、S、Mn、N等其他元素，合金在冶煉過程中也不可能完全除去這些元素，他們的存在對合金的性能也存在一定影響。在本發(fā)明提供的合金材料中，這些元素的含量為：C<0.10wt％、P<0.045wt％、S<0.03wt％、Mn<2.0wt％、N<0.01wt％；還為：C+N<0.02wt％、P<0.02wt％、S<0.02wt％、Mn<0.5wt％，均符合國家檢測標(biāo)準(zhǔn)。

本發(fā)明還提供了上述新型合金材料的制備方法，包括：稱量備料、熔煉、澆鑄和鍛造。在熔煉過程中，通過與分子泵的相連，有效控制爐內(nèi)真空度在12～15Pa或者50Pa以下，保證爐內(nèi)氧分壓小，化學(xué)活性低，使得在熔煉過程中氧和其他不利活性氣體與合金原料的氣固反應(yīng)得到抑制。通過對合金原料分批加入的控制，在高溫條件下降低某些合金原料易被氧化的機(jī)會，保證合金成品中氧或其他雜質(zhì)含量低。后期通過適當(dāng)?shù)臒峒庸?、冷加工及退火處理，保證制備的合金具有晶粒細(xì)小、組織純凈、大小均一的鐵素體結(jié)構(gòu)，確保該新型耐蝕合金具有良好的力學(xué)性能。

下面將結(jié)合本發(fā)明說明書附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例只是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行修改或者對部分技術(shù)特征進(jìn)行同等替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明保護(hù)的范圍中。

實(shí)施例1

稱取429g純鐵錠、120g純鉻錠、36g純鋁錠、6g純鎳錠、3g純鉬錠和3g純鈦錠、3g純鈮錠以及0.12g石墨，備料。

將上述Fe、Cr、Ni、Mo、Nb和石墨原料粗略混合，置于真空感應(yīng)爐熔煉區(qū)域，Al和Ti錠預(yù)先放置在真空感應(yīng)爐上部。開啟分子泵對整個(gè)感應(yīng)爐抽真空，當(dāng)爐膛真空度降到15Pa左右，爐膛溫度升溫到1500℃以上。爐內(nèi)熔煉區(qū)域原料熔化并脫氣10分鐘以后，再將Al和Ti錠置入，快速混合合金并熔化。待所有合金原料全部融為熔液后，倒入耐高溫模具中澆鑄。

將鑄件在1100℃熱鍛，在1050℃熱軋，850℃退火后室溫冷軋。經(jīng)過線切割、清洗，制備成用于模擬生物質(zhì)電站550～700℃KCl氣氛腐蝕實(shí)驗(yàn)所用的掛片。圖1為本發(fā)明實(shí)施例合金材料Fe-20Cr-6Al-1Ni-0.5Mo-0.5Ti-0.5Nb-0.02C的金相顯微照片，如圖1結(jié)果所示，該合金材料為單一鐵素體組織，晶粒細(xì)小均勻，組織比較純凈，具有良好的力學(xué)性能。

實(shí)施例2

稱取438g純鐵錠、126g純鉻錠、30g純鋁錠、2.4g純鈦錠、3.7g純鈮錠和0.12g石墨，備料。

將上述Fe、Cr、Nb和石墨原料粗略混合，置于真空感應(yīng)爐熔煉區(qū)域，Al和Ti錠預(yù)先放置在真空感應(yīng)爐上部。開啟分子泵對整個(gè)感應(yīng)爐抽真空，當(dāng)爐膛真空度降到12Pa左右，爐膛溫度升溫到1550℃，熔煉區(qū)域原料開始融化。從爐內(nèi)熔煉區(qū)域原料熔化并脫氣10分鐘以后，將Al和Ti錠置入，快速混合并熔化Al和Ti。待所有合金原料全部融為熔液后，倒入耐高溫模具中澆鑄。

將鑄件在1100℃熱鍛，在1050℃熱軋，850℃退火后室溫冷軋。經(jīng)過線切割、清洗，制備成用于模擬生物質(zhì)電站550～700℃KCl氣氛腐蝕實(shí)驗(yàn)所用的掛片。圖2和圖3分別為本發(fā)明實(shí)施例合金Fe-21Cr-5Al-0.4Ti-0.4Nb-0.02C在600℃和700℃的KCl氛圍的腐蝕動力學(xué)曲線。如圖2和圖3的結(jié)果所示，與其他耐腐蝕材料相比，本發(fā)明實(shí)施例合金在600℃的耐KCl腐蝕增重特性小于其他耐蝕合金的1/6；而且，在700℃高溫條件下，耐蝕性能更加明顯，說明該新型合金具有優(yōu)秀的耐KCl腐蝕性能，具有用于生物質(zhì)電站鍋爐使用的良好前景。

實(shí)施例3

稱取466g純鐵錠、143g純鉻錠、32.5g純鋁錠、3.3g純鎳錠、2.6g純鈦錠、2.8g純鈮錠和0.07g石墨，備料。

將上述Fe、Cr、Ni、Nb和石墨原料粗略混合，置于真空感應(yīng)爐熔煉區(qū)域，Al和Ti錠預(yù)先放置在真空感應(yīng)爐上部。開啟分子泵對整個(gè)感應(yīng)爐抽真空，當(dāng)爐膛真空度降到15Pa左右，爐膛溫度升溫到1550℃，熔煉區(qū)域原料開始融化。從爐內(nèi)熔煉區(qū)域原料熔化并脫氣10分鐘以后，將Al和Ti錠置入，快速混合并熔化Al和Ti。待所有合金原料全部融為熔液后，倒入耐高溫模具中澆鑄。

將鑄件在1050℃熱鍛，在1000℃熱軋，850℃退火后室溫冷軋。經(jīng)過線切割、清洗，制備成用于模擬生物質(zhì)電站550～700℃KCl氣氛腐蝕實(shí)驗(yàn)所用的掛片。圖4為本發(fā)明實(shí)施例合金Fe-22Cr-5Al-0.5Ni-0.4Ti-0.4Nb-0.01C在650℃經(jīng)KCl蒸汽腐蝕以后的微觀掃描電鏡照片，其中a為Fe-26Cr-1Mo合金，b為該實(shí)施例合金，c為Fe-26Cr-3Ni-3Mo合金，d為Fe-23Cr-14Ni-1Mo合金。如圖4結(jié)果所示，現(xiàn)有技術(shù)中常用耐腐蝕合金的表面均生成大量稀疏多孔、刀片形狀和層層團(tuán)簇的腐蝕產(chǎn)物，然而本發(fā)明的耐蝕合金仍然具有金屬光澤，只在表面生成少量均勻分布的細(xì)小氧化物，甚至還可以觀察到合金基體特征，有力證明了本發(fā)明合金可以很好的用于生物質(zhì)電站的鍋爐管材。