镍基合金、包含该合金的制品及该合金的热机械加工制造技术

本发明专利技术涉及镍基合金、包含该合金的制品及该合金的热机械加工。本发明专利技术公开了一种热机械处理工艺。在第一加热步骤中，将镍基合金工件加热到高于所述镍基合金的M23C6碳化物固溶线温度的温度。

Nickel base alloy, articles containing the alloy and thermo mechanical processing of the alloy

The present invention relates to nickel based alloys, articles containing the alloy and thermomechanical processing of the alloys. The present invention discloses a thermo mechanical treatment process. In the first heating step, the nickel based alloy workpiece is heated to a temperature higher than that of the M23C6 carbide solid solution line of the nickel based alloy.

【技术实现步骤摘要】
镍基合金、包含该合金的制品及该合金的热机械加工本申请为申请日2012年5月7日，申请号201280026890.2，名称为“镍基合金的热机械加工”的专利技术专利申请的分案申请。
本公开涉及镍基合金的热机械加工。
技术介绍
在各种应用中，镍基合金是优良的工程合金，因为该合金拥有许多有利的材料性能。例如，含有铬和铁添加物的镍基合金在许多水介质和高温环境中具有优良的耐腐蚀性。镍基合金还在范围广泛的高温下保持冶金稳定性和高强度，并在长期暴露于高温期间不形成脆化相。高温时的良好蠕变和破裂强度、冶金稳定性以及耐腐蚀性与长使用期限的组合允许镍基合金在涉及侵袭性环境的应用中和在恶劣的工作条件下发挥作用。例如，镍基合金可以在工程应用中发挥实用，包括：矿物酸生产和加工设备；煤气化单元；石化加工设备；焚化炉；蒸汽发生器管、挡板、管板和其它硬件；以及核反应堆发电系统中的结构组件。
技术实现思路
在非限制性实施方案中，镍基合金的热机械处理工艺包括至少两个加热步骤和至少两个加工步骤。在第一加热步骤中，将镍基合金工件加热到高于所述镍基合金的M23C6碳化物固溶线温度(solvustemperature)的温度。在第一加工步骤中，加工加热的镍基合金工件至面积减少20％至70％，以提供所加工的镍基合金工件。当所述第一加工步骤开始时，所述镍基合金工件处于高于所述M23C6碳化物固溶线温度的温度。在第二加热步骤中，将所加工的镍基合金工件加热到高于1700℉(926℃)且低于所述镍基合金的M23C6碳化物固溶线温度的温度。所加工的镍基合金工件保持在高温，且不允许在所述第一加工步骤完成和所述第二加热步骤开始之间冷却到环境温度。在第二加工步骤中，加工加热的镍基合金工件至面积减少20％至70％。当所述第二加工步骤开始时，所述镍基合金工件处于高于1700℉(926℃)且低于所述镍基合金的M23C6碳化物固溶线温度的温度。在另一非限制性实施方案中，镍基合金的热机械处理工艺包括至少两个加热步骤和至少两个锻造步骤。在第一加热步骤中，将镍基合金工件加热到在2000℉至2125℉(1093℃至1163℃)范围内的温度。在第一锻造步骤中，旋转锻造加热的镍基合金工件至面积减少30％至70％，以提供锻造的镍基合金工件。当所述第一锻造步骤开始时，所加热的镍基合金工件处于在2000℉至2125℉(1093℃至1163℃)范围内的温度。在第二加热步骤中，将所锻造的镍基合金工件加热到在1750℉至1925℉(954℃至1052℃)范围内的温度。所锻造的镍基合金工件保持在高温，且不允许在所述第一锻造步骤完成和所述第二加热步骤开始之间冷却到环境温度。在第二锻造步骤中，将所加热的镍基合金工件旋转锻造至面积减少20％至70％。当所述第二旋转锻造步骤开始时，所加热的镍基合金铸锭处于在1750℉至1925℉(954℃至1052℃)范围内的温度。应该理解，本说明书中公开和描述的本专利技术并不限于本概述中概述的实施方案。附图说明通过参照附图，可以更好地理解本说明书中公开和描述的非限制性和非详尽实施方案的各种特点和特征，其中：图1A和图1B是旋转锻造操作的横截面示意图；图2A是具有异常晶粒生长的环状区域的热锻造和热处理长产品的横截面示意图，且图2B是其透视性示意图；以及图3A至图3D是合金690长产品的区域的横截面宏观结构的金相照片(metallograph)，其示出根据本文所述各种非限制性实施方案的热机械加工的各种效果。考虑根据本公开的各种非限制性和非详尽实施方案的下列详细描述，读者将会理解前述细节以及其它方面。具体实施方式本说明书描述和示出各种实施方案，以提供对公开工艺和产品的结构、功能、操作、制造和使用的全面理解。应该理解，本说明书中描述和示出的各种实施方案是非限制性的和非详尽的。因此，本专利技术并不受本说明书中公开的各种非限制性和非详尽实施方案的描述的限制。相反，本专利技术仅由本权利要求书限定。结合各种实施方案示出和/或描述的特点和特征可以组合其它实施方案的特点和特征。这样的修改和变化意在包含在本说明书的范围内。正因为如此，可以修订本权利要求书，以详述本说明书中明确或固有描述的或以其它方式由本说明书明确或固有支持的任何特点或特征。此外，申请人保留修订本权利要求书的权利，以确定放弃现有技术中可能存在的特点或特征的权利要求。因此，任何这样的修订符合35U.S.C.§112第一段和35U.S.C.§132(a)的要求。本说明书中公开和描述的各种实施方案可以包含、包括或基本包括本文不同描述的特点和特征。除非另有说明，本文认定的任何专利、出版物或其它公开材料全部通过参考的方式并入本说明书，但仅至所并入的材料与本说明书中的现有定义、说明或明确阐述的其它公开材料不发生冲突的程度。正因为如此，且在必要的程度，本说明书中阐述的明确公开将替代通过参考并入本文的任何冲突材料。所称通过参考并入本说明书但其与本文阐述的现有定义、说明或其它公开材料存在冲突的任何材料或其部分，仅并入至在并入的材料和现有公开材料之间不会发生冲突的程度。申请人保留修订本说明书的权利，以明确详述通过参考并入本文的任何主题或其部分。在整个说明书中参考“各种非限制性实施方案”等是指特定的特点或特征可包括在实施方案中。因此，短语“在各种非限制性实施方案中”等的使用在本说明书中并不一定是指相同的实施方案，而可以指不同的实施方案。另外，特定的特点或特征可以任何合适的方式组合在一个或多个实施方案中。因此，结合各种实施方案示出或描述的特定特点或特征可全部或部分地与一个或多个其它实施方案的特点或特征无限制组合。这样的修改和变化意在包括在本说明书的范围内。在本说明书中，除非另有说明，所有数值参数都理解为在所有情况下通过术语“大约”开始和修改，其中所述数值参数拥有用于确定该参数数值的基本测量技术的固有变化特征。至少，且不在于试图限制本权利要求范围的等同原则的应用，本说明书中描述的每个数值参数至少应根据报告的有效数字的数量并通过应用普通取整技术来理解。此外，本说明书中所述的任何数值范围意在包括包含在所述范围内的相同数值精度的所有子范围。例如，“1.0至10.0”的范围意在包括在所述的1.0最小值和所述的10.0最大值之间(且包括这两个值)的所有子范围，也就是，其具有等于或大于1.0的最小值和等于或小于10.0的最大值，例如，2.4至7.6。本说明书中所述的任何最大数值限制意在包括其中包含的所有较小数值限制，且本说明书中所述的任何最小数值限制意在包括其中包含的所有较大数值限制。因此，申请人保留修订本说明书的权利，包括权利要求书，以明确详述包括在本文明确所述范围内的任何子范围。所有这样的范围意在固有地在本说明书中描述，以便明确详述任何这样的子范围的修订符合35U.S.C.§112第一段和35U.S.C.§132(a)的要求。本说明书中使用的语法冠词“一(one)”、“一个(a)”、“一个(an)”和“该(the)”意在包括“至少一个”或“一个或多个”，除非另有说明。因此，本说明书中使用的冠词是指该冠词的语法对象中的一个或一个以上(即，指“至少一个”)。通过实例说明，“一组件”是指一个或多个组件，且因此，可能考虑一个以上的组件，且在所述实施方案的实施中可以采用或使用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种工艺，其包括：在第一加热操作中将镍基合金加热到高于所述镍基合金的M23C6碳化物固溶线温度的温度；在第一加工操作中将所述镍基合金加工至所述镍基合金的横截面积减少20％至70％，其中当所述第一加工操作开始时，所述镍基合金处于高于所述M23C6碳化物固溶线温度的温度；在第二加热操作中将所述镍基合金加热到高于1700℉且低于所述M23C6碳化物固溶线温度的温度，其中所述镍基合金不允许在所述第一加工操作和所述第二加热操作之间冷却到环境温度；以及在第二加工操作中将所述镍基合金加工至所述镍基合金的横截面积减少20％至70％，其中当所述第二加工操作开始时，所述镍基合金工件处于高于1700℉且低于所述M23C6碳化物固溶线温度的温度；其中所述镍基合金包括，按重量计算：至多0.05％的碳；27.0％至31.0％的铬；至多0.5％的铜；7.0％至11.0％的铁；至多0.5％的锰；至多0.015％的硫；至多0.5％的硅；至少58％的镍；以及附带杂质。

【技术特征摘要】
2011.06.01 US 13/150,4941.一种工艺，其包括：在第一加热操作中将镍基合金加热到高于所述镍基合金的M23C6碳化物固溶线温度的温度；在第一加工操作中将所述镍基合金加工至所述镍基合金的横截面积减少20％至70％，其中当所述第一加工操作开始时，所述镍基合金处于高于所述M23C6碳化物固溶线温度的温度；在第二加热操作中将所述镍基合金加热到高于1700℉且低于所述M23C6碳化物固溶线温度的温度，其中所述镍基合金不允许在所述第一加工操作和所述第二加热操作之间冷却到环境温度；以及在第二加工操作中将所述镍基合金加工至所述镍基合金的横截面积减少20％至70％，其中当所述第二加工操作开始时，所述镍基合金工件处于高于1700℉且低于所述M23C6碳化物固溶线温度的温度；其中所述镍基合金包括，按重量计算：至多0.05％的碳；27.0％至31.0％的铬；至多0.5％的铜；7.0％至11.0％的铁；至多0.5％的锰；至多0.015％的硫；至多0.5％的硅；至少58％的镍；以及附带杂质。2.根据权利要求1所述的工艺，其中所述镍基合金包括，按重量计算：至多0.05％的碳；28.0％至30.0％的铬；至多0.25％的铜；8.0％至10.0％的铁；至多0.25％的锰；至多0.010％的硫；至多0.25％的硅；至少58％的镍；以及附带杂质。3.根据权利要求1所述的工艺，其中所述第一加工操作和所述第二加工操作各自包括平轧、环轧、辊弯成型、压锻、挤压和旋转锻造中的至少一个操作。4.根据权利要求1所述的工艺，其中所述第一加工操作和所述第二加工操作包括旋转锻造。5.根据权利要求1所述的工艺，其中所述第一加热操作包括在工作于2000℉至2125℉的炉中将所述镍基合金加热至少3.0小时基于温度的时间。6.根据权利要求1所述的工艺，其中所述第二加热操作包括在工作于1700℉至1950℉的炉中将所述镍基合金加热大于2.0小时基于温度的时间。7.根据权利要求1所述的工艺，其中所述第二加热操作包括在工作于1700℉至1950℉的炉中将所述镍基合金加热3.0小时至10.0小时基于温度的时间。8.根据权利要求1所述的工艺，其中所述第二加热操作包括在工作于1700℉至1950℉的炉中将所述镍基合金加热4.0小时至8.0小时基于温度的时间。9.一种合金，所述合金包括：至多0.05重量％的碳；27.0至31.0重量％的铬；至多0.5重量％的铜；7.0至11.0重量％的铁；至多0.5重量％的锰；至多0.015重量％的硫；至多0.5重量％的硅；至少58重量％的镍；以及附带杂质，其中所述合金表现出3.0至9.0的ASTM晶粒度，表现出均匀的晶粒度分布，包括均匀分布在晶界上的晶间M23C6碳化物析出物，且包括最低限度的晶内M23C6碳化物析出物或不包含晶内M23C6碳化物析出物。10.根据权利要求9所述的合金，所述合金包括：至多0.05重量％的碳；28.0至30.0重量％的铬；至多0.25重量％的铜；8.0至10.0重量％的铁；至多0.25重量％的锰；至多0.010重量％的硫；至多0.25重量％的硅；至少58重量％的镍；以及附带杂质。11.根据权利要求9所述的合金，其中所述合金表现出3.0至8.0的ASTM晶粒度。12.根据权利要求9所述的合金，其中所述合金表现出3.5至7.5的ASTM晶粒度。13.根据权利要求9所述的合金，其中所述合金表现出4.5至6.5的ASTM晶粒度。14.根据权利要求9所述的合金，其中所述合金表现出3.0至6.0的ASTM晶粒度。15.根据权利要求9所述的合金，其中所述合金不具有晶内M23C6碳化物析出物。16.根据权利要求10所述的合金，其中所述合金不具有晶内M23C6碳化物析出物。17.根据权利要求9所述的合金，其中所述合金的化学蚀刻样品在通过扫描电子显微镜在500倍放大率下观察时不具有可金相观察的晶内M23C6碳化物析出物。18.根据权利要求9所述的合金，其中所述合金的化学蚀刻样品在通过扫描电子显微镜在500倍放大率下观察时包括在晶界上均匀分布的晶间M23C6碳化物析出物。19.根据权利要求10所述的合金，其中所述合金的化学蚀刻样品在通过扫描电子显微镜在500倍放大率下观察时不具有可金相观察的晶内M23C6碳化物析出物。20....

【专利技术属性】
技术研发人员：R·M·福布斯琼斯，C·A·罗克，
申请(专利权)人：冶联科技地产有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US