一种高强度难变形镍基高温合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了高强度难变形镍基高温合金及其制备方法，通过优化合金成分，采用真空感应冶炼、电渣重熔、真空自耗重熔、锻造以及热处理等工艺，并控制各过程的工艺参数，保证了该高强度难变形镍基高温合金工程化应用的可行性，从而制得兼具高强度、高组织稳定性，同时还具有较好热加工性能的高强度难变形镍基高温合金，其在650℃拉伸强度、持久性能优于GH4169合金，750℃拉伸强度及持久性能优于GH738合金，使用温度达到700℃以上，有望成为下一代涡轮盘用高温合金备选材料。轮盘用高温合金备选材料。

【技术实现步骤摘要】
一种高强度难变形镍基高温合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及镍基高温合金的制备技术，尤其涉及一种高强度难变形镍基高温合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]高温合金是指在600℃以上温度能承受一定应力并具有抗氧化性和抗腐蚀性能的一类合金；高温合金的性能取决于合金成分、制造工艺制度，其中高温强度、组织稳定性、抗氧化腐蚀性能是高温合金最重要的性能，它最终决定于成品钢材的显微组织状态；按基体可分为铁基、镍基和钴基，其中镍基高温合金以其优异的抗氧化腐蚀性能及高的高温强度而广泛应用于航空航天发动机、燃气轮机、油气田、汽车工业等重工业领域；以航空发动机中的涡轮盘材料为例，GH4169合金是目前我国航空发动机用量最大的涡轮盘材料，但是其使用温度在650℃以下，超过650℃，就会发生组织不稳，进而发生失效；GH738合金虽然使用温度可以达到700℃以上，但是仍存在强度不足和组织稳定性等问题；目前我国军民领域对于高温合金的需求量约2～3万吨，国内自给率不到40％；其中高端高温合金，欧美国家出于战略考虑，目前对于中国进行技术封锁和禁售政策，因此开发出满足更高温度使用的高强度、高稳定性的高温合金，无论对于我国重工业发展，还是对于企业技术发展都意义重大。
[0003]国内也有一些涉及高温合金研究，比如201310395183.7提供了一种难变形高温合金及其制备方法，该难变形高温合金的成分范围按重量百分比计为：0％≤C≤0.1％，16.5％≤Cr≤19.5％，13.5％≤Co≤16.0％，1.0％≤W≤2.0％，2.5％≤Mo≤3.5％，2.0％≤Al≤3.0％，4.5％≤Ti≤5.5％，0％≤Fe≤1.0％，0.01％≤B≤0.03％，0％≤Zr≤0.06％，0％≤S≤0.002％，0％≤Si≤0.15％，0％≤Mn≤0.15％，余量为Ni和其它不可避免的杂质；该制备方法通过真空感应冶炼+真空自耗的方式进行冶炼，浇铸成钢锭。钢锭经过自由锻、模锻制备出饼件，从而提高难变形高温合金钢锭质量、改善难变形高温合金热塑性和预防锻造热加工过程开裂；但是该申请并未给出成品材料相关性能指标，而且最终的重熔锭直径尺寸较小，只有不具备大尺寸盘件工程化生产能力。又如申请号201810222447.1公开了一种高强度镍基变形高温合金及其制备方法。高强度镍基变形高温合金各主要元素质量百分数分别为：Cr：10.0％～25.0％；Co：10.0％～20.0％；Mo：0.1％～6.0％；W：0.1％～6.0％；Al：0.1％～6.0％；Ti：0.1％～6.0％；Nb：0.05％～1.5％；Fe：0.1％～2.0％；C：0.001％～0.10％；B：0.001％～0.05％；Zr：0.01％～0.1％；Ce：0.001％～0.10％；Mg：0.001％～0.10％；Hf：0.01％～0.5％；Ni：余量；以及不可避免的杂质元素；合金制备方法是，采用真空感应冶炼+电渣重熔+真空自耗重熔获得高纯净度铸锭，在1170℃～1190℃范围内对铸锭进行高温扩散均匀化退火，把退火后的铸锭加热至1130℃～1160℃，保温2h～4h，用快锻机锻造成所需要的棒材并将棒材试样进行热处理，得到满足本专利技术设计所需求的合金材料；但是由于该高强度镍基变形高温合金中Co含量较高，导致该合金制造成本高昂。
[0004]鉴于上述情况，亟待研发一种高强度、高组织稳定性的高温合金，不仅具有较好的
热加工性能的，而且能在保证合金强度的基础上，具有较低的制造成本，另外其制备方法还要能够保证该高温合金的工程化应用可行性。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术目的是提供一种高强度难变形镍基高温合金及其制备方法，通过优化合金成分，设计合金成分，并采用配套的制备方法保证该高强度难变形镍基高温合金的工程化应用可行性，从而制得兼具高强度、高组织稳定性，同时还具有较好热加工性能的高强度难变形镍基高温合金，其在650℃拉伸强度、持久性能优于GH4169，750℃拉伸强度及持久性能优于GH738合金，使用温度达到700℃以上，有望成为下一代涡轮盘用高温合金备选材料。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：
[0007]本专利技术的第一方面提供一种高强度难变形镍基高温合金，包括按重量百分比的如下元素：C：0.005～0.02％、Cr：15.0～19.0％、Co：8.0～11.0％、Al：1.0～2.0％、Ti：3.0～4.0％、Nb：1.0～2.0％、Ta：0.3～1.0％、Mo：1.0～3.0％、W：7.0～9.0％、B：0.004～0.01％、Zr：0.05～0.11％、Y：0.02～0.07％、N≤0.0040％、O≤0.0040％、Fe≤1.0％，余量为Ni和不可避免的杂质。
[0008]优选地，所述高强度难变形镍基高温合金中的元素满足：(Ti+Nb+Ta)/Al：3.5～4.5。
[0009]优选地，所述高强度难变形镍基高温合金在650℃条件下，抗拉强度σ
b
≥1478Mpa，屈服强度σ
0.2
≥1090Mpa，伸长率δ5≥20％，断面收缩率ψ≥30％；
[0010]所述高强度难变形镍基高温合金在750℃条件下，抗拉强度σ
b
≥1130Mpa，屈服强度σ
0.2
≥1020Mpa，伸长率δ5≥15％，断面收缩率ψ≥18％。
[0011]本专利技术的第二方面提供一种本专利技术第一方面所述的高强度难变形镍基高温合金的制备方法，包括以下步骤：
[0012]S1，真空感应冶炼，按上述元素配比进行配料，将Ni、Cr、Co、W、Mo、C加入感应炉进行化料，全熔后进行精炼；然后再加入Ti、Al、Nb、Ta、Zr、B进行合金化冶炼得到钢水，然后充入Ar气，加入Y冶炼5～10min后，出钢浇注电极；
[0013]S2，电渣重熔，将所述电极进行电渣重熔得到电渣锭；所述电渣重熔时，控制熔速为2.0～3.0Kg/min；
[0014]S3,真空自耗重熔，将所述电渣锭进行真空自耗重熔得到自耗锭；所述真空自耗重熔时，控制熔速为3.0～4.0Kg/min，真空度≤0.1Pa；
[0015]S4，锻造，将所述自耗锭进行高温均匀化扩散，然后在1130～1170℃温度下，将所述自耗锭镦粗至其高度的一半，再加热至1120～1160℃，保温≥120min后进行锻造得到棒材；
[0016]S5，热处理，在所述棒材上切取试样，将所述试样进行固溶处理和时效处理得到高强度难变形镍基高温合金。
[0017]优选地，所述步骤S1中，
[0018]所述化料时，控制真空度≤2.7Pa，功率为300～600KW；
[0019]所述精炼时，控制功率为600～800KW，精炼温度为1520～1580℃，精炼时间为30～
60min；
[0020]所述合金化冶炼时，控制功率为200～600KW，温度为1470～1520℃。
[0021]优选地，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强度难变形镍基高温合金，其特征在于，包括按重量百分比的如下元素：C：0.005～0.02％、Cr：15.0～19.0％、Co：8.0～11.0％、Al：1.0～2.0％、Ti：3.0～4.0％、Nb：1.0～2.0％、Ta：0.3～1.0％、Mo：1.0～3.0％、W：7.0～9.0％、B：0.004～0.01％、Zr：0.05～0.11％、Y：0.02～0.07％、N≤0.0040％、O≤0.0040％、Fe≤1.0％，余量为Ni和不可避免的杂质。2.如权利要求1所述的高强度难变形镍基高温合金，其特征在于，所述高强度难变形镍基高温合金中的元素满足：(Ti+Nb+Ta)/Al：3.5～4.5。3.如权利要求2所述的高强度难变形镍基高温合金，其特征在于，所述高强度难变形镍基高温合金在650℃条件下，抗拉强度σ
b
≥1478Mpa，屈服强度σ
0.2
≥1090Mpa，伸长率δ5≥20％，断面收缩率ψ≥30％；所述高强度难变形镍基高温合金在750℃条件下，抗拉强度σ
b
≥1130Mpa，屈服强度σ
0.2
≥1020Mpa，伸长率δ5≥15％，断面收缩率ψ≥18％。4.一种如权利要求1～3任一项所述的高强度难变形镍基高温合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，真空感应冶炼，按上述元素配比进行配料，将Ni、Cr、Co、W、Mo、C加入感应炉进行化料，全熔后进行精炼；然后再加入Ti、Al、Nb、Ta、Zr、B进行合金化冶炼得到钢水，然后充入Ar气，加入Y冶炼5～10min后，出钢浇注电极；S2，电渣重熔，将所述电极进行电渣重熔得到电渣锭；所述电渣重熔时，控制熔速为2.0～3.0Kg/min；S3,真空自耗重熔，将所述电渣锭进行真空自耗重熔得到自耗锭；所述真空自耗重熔时，控制熔速为3.0～4.0Kg/min，真空度≤0.1Pa；S4...

【专利技术属性】
技术研发人员：代朋超，马天军，赵欣，田沛玉，王庆增，余式昌，
申请(专利权)人：宝武特种冶金有限公司，
类型：发明
国别省市：