【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于镍基合金领域，具体涉及一种耐磨耐腐蚀镍基合金及其制造方法与应用。
技术介绍
1、核电设施用传动件比常规应用场景下的传动件具有更高的设计要求与性能要求。螺旋传动部件是压水堆控制棒主动机构中的关键部件，用于将电机的旋转转换为直线运动，从而实现对控制棒组件的驱动。螺旋传动部件的可靠性直接关系到反应堆的安全性，因此螺旋传动部件中的丝杠需要具有耐高温、耐腐蚀、高强度、高硬度的性能，并能够在高温环境下长期服役并保持良好的尺寸稳定性，同时还需要具备良好的机械加工性能。目前，丝杠加工常用的高速钢、工具钢或轴承钢在核电站中约300℃左右服役条件下腐蚀性能与力学性能不足，无法满足旋转传动部件对可靠性与控制精度的需求。而现有各类高温耐腐蚀材料，如incoloy800、inconelx-750、haslelloy230等镍基合金的加工性能与力学性能也不能完全匹配螺旋传动部件丝杠的加工需求。因此，提供一种具有良好机械加工性能与力学性能的耐磨耐腐蚀镍基合金对于提高核反应堆控制系统的安全性与可靠性具有积极意义。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种具有良好机械加工性能与力学性能的耐磨耐腐蚀镍基合金。本专利技术还提供一种耐磨耐腐蚀镍基合金的制造方法及其应用。
2、根据本专利技术一个方面的实施例，提供一种耐磨耐腐蚀镍基合金，按重量比计，该合金的成分包括35.0%-40.0%的cr，2.5%-4.0%的al，0.02%-0.2%的ce和0.04%-0.2%的mg，余量为ni及不可避
3、在该合金中，cr是重要的合金化元素，能够与ni基体形成α相，并提高合金的强度、硬度、耐磨性能、耐腐蚀性能和抗氧化性能，cr含量过低镍基合金的力学性能与化学稳定性不足，而cr过高则会降低材料的塑性与韧性；进一步地，cr热导率较差，含量过高不利于提高合金的热变形能力，降低合金热变形成材率。al元素能够形成强化相，有助于提高合金的耐腐蚀性能与抗氧化性能；而如果al元素过多则不利于合金的塑性与韧性，同时造成晶间腐蚀，降低冲击韧性。ce有利于促进合金凝固形核，从而实现晶粒细化、改善组织均匀性，并在一定程度上促进合金组织脱硫脱氧。适量的mg有助于强化合金晶界，改善热加工性能；但是过量的mg会降低合金的塑性与韧性。
4、进一步地，在部分实施例中，按重量比计，所述耐磨耐腐蚀镍基合金中的fe≤0.5%，si≤0.1%，mn≤0.1%，c≤0.01%，o≤20ppm，n≤100ppm。这些元素超过限值会形成有害的析出相，对合金的塑性与韧性造成显著的不利影响。
5、进一步地，在部分实施例中，所述耐磨耐腐蚀镍基合金的平均晶粒尺寸不大于32μm，在固溶状态下，所述耐磨耐腐蚀镍基合金满足：抗拉强度≤1500mpa，断后延伸率≥15%，硬度≤300hb；在时效状态下，所述耐磨耐腐蚀镍基合金的组织包括α-富cr相基体与γ’（ni3al）强化相，并满足：抗拉强度≥2000mpa，硬度≥50hrc。镍基合金的固溶态需要具有较低的强度与硬度以提高机械加工性能，而时效状态则需要具备满足丝杠结构服役要求的力学性能。
6、根据本专利技术另一个方面的实施例，提供一种耐磨耐腐蚀镍基合金的制造方法，用于制造前述任一实施例中所提供的耐磨耐腐蚀镍基合金。该方法包括以下步骤：1）按照所述耐磨耐腐蚀镍基合金的配方提供原料并熔炼得到合金铸锭；2）对所述合金铸锭进行电渣重熔得到电渣锭；3）对所述电渣锭进行锻造处理得到合金锻件，其中开锻温度为1080℃-1150℃，终锻温度为830℃-950℃；4）对所述合金锻件进行固溶处理与时效处理，得到耐磨耐腐蚀镍基合金成品。
7、进一步地，在部分实施例中，所述1）步骤采用真空感应熔炼，包括第一次精炼与第二次精炼，其中所述第一次精炼投入ni与cr底料，熔炼温度为1520℃-1620℃，真空度不超过20pa，熔炼时间0.05-0.3min/kg；所述第二次精炼投入剩余合金元素并进行搅拌，熔炼温度1500℃-1600℃，熔炼时间0.4-0.6min/kg；在原料熔化完全后，控制真空度不超过3pa，在氩气保护下调温至1480℃-1525℃进行浇铸。两次精炼工艺能够控制o、n含量，并提高合金成品中组织的成分均匀性。
8、进一步地，在部分实施例中，所述2）步骤中，电渣成分包括caf2、al2o3、cao、sio2、mgo和tio2，采用与所述耐磨耐腐蚀镍基合金相同成分的合金或纯镍底板，冶炼温度为1675℃-1720℃。电渣重熔能够有效控制s、p、h等有害元素，减少并调节非金属夹杂物，改善表面质量。
9、进一步地，在部分实施例中，所述3）步骤中，锻造处理前以1075℃-1200℃对所述电渣锭进行40min-150min的保温处理。
10、进一步地，在部分实施例中，所述3）步骤中，锻造处理总变形量为55%-75%，锻造道次不超过4次。
11、进一步地，在部分实施例中，所述4）步骤中，固溶处理温度为1050℃-1200℃，保温时间40min-180min，水冷冷却；时效处理温度为580℃-830℃，保温时间180min-480min，空冷冷却。
12、根据本专利技术又一个方面的实施例，提供一种耐磨耐腐蚀镍基合金制件，采用前述任一实施例中所提供的耐磨耐腐蚀镍基合金的制造方法制造，该镍基合金制件配置丝杠或螺母。
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1.一种耐磨耐腐蚀镍基合金，其特征在于，按重量比计，成分包括35.0%-40.0%的Cr，2.5%-4.0%的Al，0.02%-0.2%的Ce和0.04%-0.2%的Mg，余量为Ni及不可避免的杂质，所述不可避免的杂质中，Fe≤0.5%，Si≤0.1%，Mn≤0.1%，C≤0.01%，O≤20ppm，N≤100ppm。
2.根据权利要求1所述的耐磨耐腐蚀镍基合金，其特征在于，所述耐磨耐腐蚀镍基合金基体的晶粒度为8级至9.5级，在固溶状态下，所述耐磨耐腐蚀镍基合金满足：抗拉强度≤1500MPa，断后延伸率≥15%，硬度≤300HB；
3.一种耐磨耐腐蚀镍基合金的制造方法，其特征在于，所述耐磨耐腐蚀镍基合金的制造方法用于制造如权利要求1或2所述的耐磨耐腐蚀镍基合金，并包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的耐磨耐腐蚀镍基合金的制造方法，其特征在于，所述1）步骤采用真空感应熔炼，包括第一次精炼与第二次精炼，其中所述第一次精炼投入Ni与Cr底料，熔炼温度为1520℃-1620℃，真空度不超过20Pa，熔炼时间0.05-0.3min/kg；所述第二次精炼
5.根据权利要求3所述的耐磨耐腐蚀镍基合金的制造方法，其特征在于，所述2）步骤中，电渣成分包括CaF2、Al2O3、CaO、SiO2、MgO和TiO2，采用与所述耐磨耐腐蚀镍基合金相同成分的合金或纯镍底板，冶炼温度为1675℃-1720℃。
6.根据权利要求3所述的耐磨耐腐蚀镍基合金的制造方法，其特征在于，所述3）步骤中，锻造处理前以1075℃-1200℃对所述电渣锭进行40min-150min的保温处理。
7.根据权利要求3或6所述的耐磨耐腐蚀镍基合金的制造方法，其特征在于，所述3）步骤中，锻造处理总变形量为55%-75%，锻造道次不超过4次。
8.根据权利要求3所述的耐磨耐腐蚀镍基合金的制造方法，其特征在于，所述4）步骤中，固溶处理温度为1050℃-1200℃，保温时间40min-180min，水冷冷却；时效处理温度为580℃-830℃，保温时间180min-480min，空冷冷却。
9.一种耐磨耐腐蚀镍基合金制件，其特征在于，采用如权利要求3至8中任一所述的耐磨耐腐蚀镍基合金的制造方法制造，所述耐磨耐腐蚀镍基合金制件配置为丝杠或螺母。
...【技术特征摘要】
1.一种耐磨耐腐蚀镍基合金，其特征在于，按重量比计，成分包括35.0%-40.0%的cr，2.5%-4.0%的al，0.02%-0.2%的ce和0.04%-0.2%的mg，余量为ni及不可避免的杂质，所述不可避免的杂质中，fe≤0.5%，si≤0.1%，mn≤0.1%，c≤0.01%，o≤20ppm，n≤100ppm。
2.根据权利要求1所述的耐磨耐腐蚀镍基合金，其特征在于，所述耐磨耐腐蚀镍基合金基体的晶粒度为8级至9.5级，在固溶状态下，所述耐磨耐腐蚀镍基合金满足：抗拉强度≤1500mpa，断后延伸率≥15%，硬度≤300hb；
3.一种耐磨耐腐蚀镍基合金的制造方法，其特征在于，所述耐磨耐腐蚀镍基合金的制造方法用于制造如权利要求1或2所述的耐磨耐腐蚀镍基合金，并包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的耐磨耐腐蚀镍基合金的制造方法，其特征在于，所述1）步骤采用真空感应熔炼，包括第一次精炼与第二次精炼，其中所述第一次精炼投入ni与cr底料，熔炼温度为1520℃-1620℃，真空度不超过20pa，熔炼时间0.05-0.3min/kg；所述第二次精炼投入剩余合金元素并进行搅拌，熔炼温度1500℃-1600℃，熔炼时间0.4-0.6min/kg；在原料熔化...
【专利技术属性】
技术研发人员：王煦嘉，李玲，傅弘伦，何曲波，仇伟夷，刘海定，江慧丰，沈朝，
申请(专利权)人：上海核工程研究设计院股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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