[发明专利]一种镍基高温涡轮材料及其熔炼工艺

说明书

技术领域

本发明涉及耐高温涡轮材料及其熔炼工艺，尤其涉及一种镍基高温涡轮材料及其熔炼工艺。 

背景技术

镍基高温合金是以镍为基体(含量一般大于50％)在650～1000℃范围内具有较高的强度和良好的抗氧化、抗燃气腐蚀能力的高温合金，可用于制备镍基高温涡轮材料。镍基高温合金(以下简称镍基合金)是30年代后期开始研制的。英国于1941年首先生产出镍基合金Nimonic75(Ni-20Cr-0.4Ti)；为了提高蠕变强度又添加铝，研制出Nimonic80(Ni-20Cr-2.5Ti-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：合金成分的改进和生产工艺的革新。 

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。 

镍基合金是高温合金中应用最广、高温强度最高的一类合金。其主要原因，一是镍基合金中可以溶解较多合金元素，且能保持较好的组织稳定性；二是可以形成共价有序的A3B型金属间化合物γ'[Ni3(Al，Ti)]相作为强化相，使合金 得到有效的强化，获得比铁基高温合金和钴基高温合金更高的高温强度；三是含铬的镍基合金具有比铁基高温合金更好的抗氧化和抗燃气腐蚀能力。同时，不同的熔炼工艺制得的镍基合金的性能也有较大区别，为了获得特定性能的或用途的镍基合金，需要研究合适的合金及其熔炼工艺。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种镍基高温涡轮材料，同时公开了本发明镍基高温涡轮材料的熔炼工艺。本发明的镍基高温涡轮材料相比现有的K418B，碳含量进一步降低，Mo、Nb、Zr等合金元素成分比例增加，Cr、Ti、B等合金元素成分比例降低，硬度适当降低，合金的综合力学性能增强，高温低周疲劳强度更佳，同时保持良好的高温抗氧化性能和稳定的显微组织，具有优良的高温强度和耐腐蚀性。 

为达上述目的，本发明采用以下技术方案： 

一种镍基高温涡轮材料，按质量分数含有以下组分：C≤0.02％，例如为0.005％、0.011％、0.016％、0.019％等，Cr6.0～10.5％，例如为6.5％、7.2％、7.9％、8.5％、9％、9.7％等，Al5.0～6.0％，例如为5.2％、5.6％、5.9％等，Mo5.0～7.5％，例如为5.3％、5.7％、6.5％、6.9％、7.4％等，Nb3.0～5.0％，例如为3.3％、3.8％、4.5％等，Ti≤0.3％，例如为0.05％、0.15％、0.21％、0.26％等，Zr0.2～0.5％，例如为0.23％、0.3％、0.35％、0.42％、0.48％等，B≤0.005％，例如为0.001％、0.004％等，Fe≤0.7％，例如为0.1％、0.3％、0.6％等，Mn≤0.3％，例如为0.06％、0.11％、0.16％、0.25％等，Si≤0.3％，例如为0.06％、0.11％、0.16％、0.25％等，Cu≤0.2％，例如为0.06％、0.11％、0.16％、0.19％等，Ni余量。 

作为优选技术方案，本发明所述的镍基高温涡轮材料，提高固溶强化元素 Mo成分含量和沉淀强化元素Nb成分含量，相应降低Cr成分含量和Ti成分含量。提高晶界强化元素Zr成分含量，按质量分数含有以下组分：C≤0.02％，Cr8.0～9.5％，Al5.3～5.7％，Mo5.5～6.5％，Nb3.2～4.5％，Ti≤0.2％，Zr0.2～0.3％，B≤0.003％，Fe≤0.5％，Mn≤0.2％，Si≤0.25％，Cu≤0.1％，Ni余量。 

本发明的目的之一还在于公开了所述镍基高温涡轮材料的制备方法，包括如下步骤： 

1)按本发明所述配比配料； 

2)真空度为2-5Pa下化清； 

3)精炼20-25min； 

4)合金化，合金化期加入合金元素Al，Ti，NiB，Zr； 

5)真空度为1-3Pa，温度为1480-1500℃下进行浇注； 

6)浇注后保温5-10min，待钢液完全凝固后出炉，完全冷却后脱模。。