一种核电性能优良的耐高温锻件及其生产方法技术

本发明专利技术涉及一种核电性能优良的耐高温锻件及其生产方法，该锻件在GH4169A的基础上进行改进，将可以提高其强度的Ti、Mo、Cr元素的含量，将其调整至标准要求含量的上限，增加少量的钽元素，其主要成分重量百分比为：C 0.03%~0.08%；Cr 19.00~21.00%；Ni 50.00~55.00%；Co 0.50~1.00%；Mo 3.0~3.30%；Al 0.3~0.7%；Ti 1.0~1.15%；Nb 4.75~5.50%；Ta 0.01~0.10%；通过热锻、精锻、固溶热处理、时效热处理相结合的锻造工艺，可以有效提高其强度，显著提高其防辐射性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高温合金锻件
，具体的是一种核电性能优良的耐高温锻件及其生产方法。
技术介绍
GH4169合金是以体心四方的γ\和面心立方的γ′相沉淀强化的镍基高温合金，在700℃以内具有高强度、良好的韧性以及在高低温环境均具有耐腐蚀性，且有很好的焊接性能，无焊后开裂倾向，在在宇航、核能、石油工业及挤压模具中都有着广泛得而应用。GH4169基础上控制B含量得到的GH4169A在核能工业领域有着广泛的应用。通常，GH4169A合金的化学成分包括标准成分、优质成分和高纯成分。GH4169A在核裂变反应堆部件的制备有着广泛的应用，如堆内构件、硼注箱、核乏料储运装置和核燃料水池，尤其是GH4169A合金的锻件，由于锻造加工能保证金属纤维组织的连续性，使锻件的纤维组织与锻件外形保持一致，金属流线完整，可保证零件具有良好的力学性能与长的使用寿命；由于此类应用领域的使用环境都为高温高压环境，一般都要求具有良好的力学性能，此外还要求良好的抗中子辐照性能，其抗中子辐照性能的满足主要通过成分控制来保证，即通过控制铌钽含量来保证其良好的抗中子辐照环境下的应力腐蚀，通过控制中子吸收截面大的元素钴和硼来保证该材料组织的稳定性和材料的抗失效性。提供一种锻造加工后性能优异、同时具有防辐射性能的高温合金锻件是本领域技术人员需要解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种核电性能优良的耐高温锻件及其生产方法，该高温合金锻件制造成本低、加工后机械性能优异，防辐射性能良好。本专利技术的技术方案是，在GH4169A标准成分的基础上进行改进，控制可以提高材料强度的Ti、Mo、Cr元素的含量，将其调整至标准要求含量的上限，增加少量的钽元素，控制影响材料的抗中子辐照性能的元素铌、钴和硼来保证其良好的抗中子辐照性能；一种核电性能优良的耐高温锻件的成分重量百分比为：C0.03％～0.08％；Cr19.00～21.00％；Ni50.00～55.00％；Co0.50～1.00％；Mo3.0～3.30％；Al0.3～0.7％；Ti1.0～1.15％；Nb4.75～5.50％；B≤0.006％；Mg≤0.01％；Mn≤0.35％；Si≤0.35％；P≤0.015％；S≤0.015％；Cu≤0.30％；Ca≤0.01％；Ta0.01～0.10％，余量为铁。确定上述主要化学成分的理由如下：碳：碳元素通过固溶强化可以增加合金的低温强度，起强化作用；碳含量的控制范围，处于碳在铁素体中的溶解度以下或接近于铁素体中碳的溶解度，因此将碳含量的优选为0.03％～0.08％。铬：铬为铁素体形成元素，能显著提高强度、防辐射性，但同时降低塑性和韧性；但铬含量过高，会导致奥氏体中铁素体含量增加，因此铬元素的含量优选控制在上限，为19.00～21.00％。镍：镍为强的奥氏体形成元素，增加镍含量有助于提高奥氏体组织的稳定性，能提高材料的强度，而又保持良好的塑性和韧性；镍对酸碱有较高的防辐射能力，因此优选为50.00％～55.00％。钴：钴可以有效提高材质硬质合金的韧性，有助于提高奥氏体组织的稳定性，能提高材料的强度，而又保持良好的塑性；因此优选为0.50％～1.00％。钼：钼为铁素体形成元素，高温合金中添加钼可以提高高温合金的耐点蚀性能，通过固溶强化可以提高其强度，将钼含量优选控制在上限，为3.0％～3.3％。铝：少量的铝元素可以可细化晶粒，提高材料的冲击韧性，铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，铝与铬、硅合用，可显著提高钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力，但铝的缺点是影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能，因此将铝含量优选为0.3％～0.7％。钛：在材料轧制的升温过程中，钛与氮、碳的结合形成弥散的小颗粒，对奥氏体晶界起固定作用，阻碍奥氏体晶界的迁移，有效阻止奥氏体晶粒粗化，而在降温过程中钛与氮、碳的化合物在奥氏体向铁素体转变之前析出，成为铁素体的形核质点，使铁素体的晶粒细化，还可以避免晶间腐蚀，提高钢的防辐射性；因此将钛含量优选为1.0％～1.15％。铌:可以细化晶粒和降低材料的过热敏感性及回火脆性，提高强度，还可改善焊接性能，防止晶间腐蚀现象；将铌含量优选为4.75～5.5％。硼：钢中加入微量的硼就可改善钢的致密性和热轧性能，提高强度。镁：微量的镁元素可以使该以改善镍基和铁基高温合金中碳化物的形态、尺寸及分布，可以显著改善其性能；但是镁含量较高时，会出现低熔点共晶镁相的析出而使性能明显恶化，因此将镁含量优选为小于0.01％。锰：增加锰含量可以提高钢的硬度，增加高温合金中氮元素的固溶度，但锰含量过高，会导致高温合金中产生马氏体，因此将锰含量优选为小于0.35％。硅：硅可以显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，作为铬当量的形成元素，和钼、铬等结合，可以提高钢的抗腐蚀性和抗氧化性，因此将硅含量控制在上限为0.75～1.0％。硫、磷：合金冶炼过程中的杂质元素。铜：铜能提高强度和韧性，特别是大气腐蚀性能。缺点是在热加工时容易产生热脆，铜含量超过0.5％塑性显著降低。当铜含量小于0.50％对焊接性无影响。因此将铜含量优选为小于0.30％。钙：冶炼过程中的脱氧和脱硫剂，加热时与大多数非金属直接反应，如与硫、氮、碳、氢反应生成硫化钙CaS、氮化钙Ca3N2、碳化钙CaC2和氢化钙CaH2。钽：钽元素通过固溶强化可明显提高其低温强度，通过与碳结合可避免其晶间腐蚀，一定含量的钽元素可以使材料具有更优异的防辐射性能，但含量过高会导致辐照条件下所引起的耐应力腐蚀性能下降和低温冲击韧性下降，因此优选为0.01～0.10％。本专利技术的核电性能优良的耐高温锻件将可以提高其强度的Ti、Mo、Cr元素的含量，将其调整至标准要求含量的上限，可以有效提高材料的强度，增加少量的钽元素，可以有效提高材料的防辐射性能，减少材料的晶间腐蚀。一种上述核电性能优良的耐高温锻件的生产方法，包括如下步骤：A.先按上述相应的配比通过真空炉熔炼获得试样钢锭；B.将冶炼好的铸坯钢锭加热到1070-1090℃，保温1.5-2.5小时后出炉即锻，进行多火次粗锻，终锻温度不低于950℃；多次锻造可以细化晶粒，提高工件性能；C.将粗锻得到的工件及时进行退火，温度950-1050℃，并根据厚度设定保温时间；D.对退火后的工件进行精锻，得到终锻成品；E.将终锻成品进行成品热处理。进一步，步骤B中，每次粗锻的加工变形量不大于20％，控制单次变形量，增加锻打次数，可以有效细化晶粒组织。进一步，步骤D中，精锻的加工温度为900-950℃，保证加工时的塑性。进一步，步骤E中，所述成品热处理包括固溶热处理和时效热处理，固溶热处理温度960℃±10℃，保温不少于1小时，可以采用油冷、空冷或水冷中的一种冷却方式，时效热处理分为两段，第一段加热到720℃±5℃，保温不少于8小时，以50℃/时炉冷至620℃±5℃，再次保温不少于8小时，然后进行空冷。本专利技术的核电性能优良的耐高温锻件生产方法工序简单，易于控制，经过多次热锻和温锻相结合，可以有效细化晶粒，显著提高工件性能。具体实施方式实施例本实施例生产了3批次的核电性能优良的耐高温锻件，在3批次高温合金的冶炼过程中加入了不同的稀土元素，并将其余各元素成分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种核电性能优良的耐高温锻件，其特征在于，化学成分及其质量百分比为：C 0.03%~0.08%；Cr 19.00~21.00%；Ni 50.00~55.00%；Co 0.50~1.00%；Mo 3.0~3.30%；Al 0.3~0.7%；Ti 1.0~1.15%；Nb 4.75~5.50%；B≤0.006%；Mg≤0.01%；Mn≤0.35%； Si ≤0.35%；P≤0.015%；S≤0.015%；Cu≤0.30%；Ca≤0.01%；Ta 0.01~0.10%，余量为铁。

【技术特征摘要】
1.一种核电性能优良的耐高温锻件，其特征在于，化学成分及其质量百分比为：C0.03%~0.08%；Cr19.00~21.00%；Ni50.00~55.00%；Co0.50~1.00%；Mo3.0~3.30%；Al0.3~0.7%；Ti1.0~1.15%；Nb4.75~5.50%；B≤0.006%；Mg≤0.01%；Mn≤0.35%；Si≤0.35%；P≤0.015%；S≤0.015%；Cu≤0.30%；Ca≤0.01%；Ta0.01~0.10%，余量为铁。2.根据权利要求1所述的核电性能优良的耐高温锻件的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：A.先按上述相应的配比通过真空炉熔炼获得试样钢锭；B.将冶炼好的铸坯钢锭加热到1070-1090℃，保温1.5-2.5小时后出炉即锻，进行多火次粗锻，终锻温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋红军，
申请(专利权)人：丹阳市华龙特钢有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32