一种高铬钼时效强化型镍基合金制造技术

本发明专利技术涉及一种高铬钼时效强化型镍基合金，该合金各组分重量百分含量为：C：0.03～0.1%、Si：0.3～1.0%、Mn：0.4～1.0%、Cr：24.0～30.0%、Mo：7.0～8.0%、Al：1.0～2.5%、Ti：0.5～2.0%、Fe：0.9～5.0%、Zr≤0.1%、Mg≤0.05%、B≤0.005%、Nb+Ta：2.0～4.0%，余量Ni，该合金的Cr%+1.5

【技术实现步骤摘要】
一种高铬钼时效强化型镍基合金


[0001]本专利技术涉及一种金属材料，特别涉及一种高铬钼时效强化型镍基合金。

技术介绍

[0002]镍基合金按照主要性能可细分为镍基高温合金、镍基耐蚀合金、镍基耐磨合金、镍基精密合金与镍基形状记忆合金等。
[0003]镍基耐蚀合金主要合金元素通常有镍、铬、钼、铁、铜、铌等，具有良好的综合性能，可耐各种酸腐蚀和应力腐蚀。最早应用（1905年美国生产）的是镍铜（Ni
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Cu）合金，又称蒙乃尔合金(Monel合金Ni 70 Cu30)；此外还有镍铬（Ni
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Cr）合金（就是镍基耐热合金，耐蚀合金中的耐热腐蚀合金）、镍钼（Ni
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Mo）合金（主要是指哈氏合金B系列）、镍铬钼（Ni
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Cr
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Mo）合金（主要是指哈氏合金C系列）等。与此同时，纯镍也是镍基耐蚀合金中的典型代表。这些镍基耐蚀合金主要用于制造石油、化工、电力等各种耐腐蚀环境用零部件。
[0004]镍基高温合金是19世纪30年代后期开始研制的。英国于1941年首先生产出镍基合金Nimonic 75(Ni
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20Cr
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0.4Ti)；为了提高蠕变强度又添加铝，研制出Nimonic 80(Ni
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20Cr
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2.5Ti
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1.3Al)。美国于40年代中期，苏联于40年代后期，中国于50年代中期也研制出镍基合金。镍基合金的发展包括两个方面：合金成分和生产工艺的革新。50年代初，真空熔炼技术的发展，为炼制含高铝和钛的镍基合金创造了条件。初期的镍基合金大都是变形合金。50年代后期，由于涡轮叶片工作温度的提高，要求合金有更高的高温强度，但是合金的强度高了，就难以变形，甚至不能变形，于是采用熔模精密铸造工艺，发展出一系列具有良好高温强度的铸造合金。60年代中期发展出性能更好的定向结晶和单晶高温合金以及粉末冶金高温合金。为了满足舰船和工业燃气轮机的需要，60年代以来还发展出一批抗热腐蚀性能较好、组织稳定的高铬镍基合金。在从40年代初到70年代末大约40年的时间内，镍基合金的工作温度从 700℃提高到1100℃，平均每年提高10℃左右。
[0005]随着装备制造业的发展，使用场景和装备性能对材料的耐蚀性能、抗氧化性能、热稳定性和高温力学性能等的要求越来越高，现有材料性能难以达到要求。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种高铬钼时效强化型镍基合金，该材料具有良好的耐蚀性能、抗氧化性能、热稳定性和高温力学性能等，可用于制作油气钻采工具（如：钻铤、钻杆、油井管、承压外壳、紧固件等）、发动机或燃机的燃烧室和火焰筒等关键零部件。
[0007]本专利技术的技术方案是：高铬钼时效强化型镍基合金，该合金各组分重量百分含量为：C：0.03～0.1%、Si：0.3～1.0%、Mn：0.4～1.0%、Cr：24.0～30.0%、Mo：7.0～8.0%、Al：1.0～2.5%、Ti：0.5～2.0%、Fe：0.9～5.0%、Zr≤0.1%、Mg≤0.05%、B≤0.005%、其中，Nb+Ta：2.0～4.0%，余量Ni，该合金的 Cr%+1.5
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（Mo%+Nb%）≥40。
[0008]进一步的技术方案是，所述合金各组分重量百分含量为：C：0.03～0.05%、Si：0.3
～1.0%、Mn：0.6～1.0%、Cr：27.0～30.0%、Mo：7.5～8.0%、Al：1.0～1.5%、Ti：0.5～0.9%、Fe：1.2～5.0%、Zr≤0.1%、Mg≤0.05%、B≤0.005%、Nb+Ta：2.0～4.0%，余量Ni，该合金的 Cr%+1.5
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（Mo%+Nb%）≥40。该材料具有优异的耐蚀性能，可以用于制备对耐蚀性能要求较高的产品。
[0009]进一步的技术方案是，所述合金各组分重量百分含量为：C：0.05～0.1%、Si：0.3～0.5%、Mn：0.4～0.6%、Cr：25.0～27.0%、Mo：7.0～7.5%、Al：1.2～1.5%、Ti：0.8～1.5%、Fe：2.5～3.0%、Zr≤0.1%、Mg≤0.05%、B≤0.005%、Nb+Ta：2.5～3.5%、余量Ni，该合金的 Cr%+1.5
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（Mo%+Nb%）≥40。该材料在600℃～1000℃具有优异的工艺性能、组织稳定性和力学性能，可以用于制备对耐高温性能要求较高的产品。
[0010]进一步的技术方案是，所述合金各组分重量百分含量为：C：0.04～0.08%、Si：0.5～1.0%、Mn：0.4～0.5%、Cr：26.0～29.0%、Mo：7.0～7.5%、Al：1.8～2.5%、Ti：0.5～1.0%、Fe≤3.0%、Zr≤0.1%、Mg≤0.05%、B≤0.005%、Nb+Ta：2.5～3.7%，余量Ni，该合金的 Cr%+1.5
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（Mo%+Nb%）≥40。该材料具有优良的强韧性和抗氧化性，可用于制备对耐高温性能要求较高的产品。
[0011]上述合金中Al%+Ti%+Nb%+Ta%之和为4～7。
[0012]本专利技术所述合金的制备方法：取各组分，采用真空感应熔炼+电渣重熔或真空自耗重熔工艺冶炼，再经锻造+热轧/冷轧+热处理，得到高铬钼时效强化型镍基合金。
[0013]各种元素在合金中的主要作用：镍：基体元素，镍含量高可保证抗应力腐蚀性能；固溶强化元素溶入镍基体产生固溶强化，镍与时效强化元素形成强化相。
[0014]铬：固溶强化；在高温环境中，形成致密氧化膜，提高抗氧化性能；在腐蚀环境中形成致密钝化膜，提高耐蚀性能，尤其是提高耐点蚀性能。
[0015]钼：固溶强化；提高耐蚀性能，尤其是提高耐点蚀性能。
[0016]铁：降低高温下渗碳倾向，降低合金成本。
[0017]硅、锰：脱氧；提高工艺性能。
[0018]碳：真空冶炼过程中脱氧；形成碳化钛、碳化铌等高稳定碳化物，阻碍高温下晶粒长大，钉扎晶界，提高强度。
[0019]铝、钛：时效过程中，析出Ni3Al、Ni3Ti、Ni3（Ti, Al）等弥散分布的强化相，提高强度；铝提高抗氧化性能。
[0020]铌：时效过程中，析出弥散分布的Ni3Nb，提高强度；形成Ni3（Ti, Al, Nb）提高强度。
[0021]硼、锆、镁：净化晶界；提高高温力学性能；提高工艺性能。
[0022]本专利技术所述合金的有益效果：（1）采用析出强化的合金设计理念，通过促进合金内部析出大量均匀弥散分布的二次强化相使合金获得良好的强度性能，同时，在确保合金组织稳定性的前提下加入较多的铬元素，进而得到优异的抗氧化和耐腐蚀性能。
[0023]（2）为了提升固溶强化效果、提高抗氧化性能和耐蚀性能，尽量提高铬含量（常规高温合金的铬含量10～20%，本专利技术最低铬含量24%以上）；为了确保高温使用过程中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高铬钼时效强化型镍基合金，其特征在于，该合金各组分重量百分含量为：C：0.03～0.1%、Si：0.3～1.0%、Mn：0.4～1.0%、Cr：24.0～30.0%、Mo：7.0～8.0%、Al：1.0～2.5%、Ti：0.5～2.0%、Fe：0.9～5.0%、Zr≤0.1%、Mg≤0.05%、B≤0.005%、Nb+Ta：2.0～4.0%，余量Ni，该合金的 Cr%+1.5
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（Mo%+Nb%）≥40。2.根据权利要求1所述的合金，其特征在于，所述合金各组分重量百分含量为：C：0.03～0.05%、Si：0.3～1.0%、Mn：0.6～1.0%、Cr：27.0～30.0%、Mo：7.5～8.0%、Al：1.0～1.5%、Ti：0.5～0.9%、Fe：1.2～5.0%、Zr≤0.1%、Mg≤0.05%、B≤0.005%、Nb+Ta：2.0～4.0%，余量Ni。3.根据权利要求1所述的合...

【专利技术属性】
技术研发人员：何曲波，刘海定，王东哲，吴畏，董海澎，蒋威，
申请(专利权)人：重庆材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：