[发明专利]一种高强镍基高温合金制备成型工艺

说明书

一种高强镍基高温合金制备成型工艺，合金成分按质量百分比满足如下范围要求：Cr：15～18％，Co：15～20％，Ti：0.5～1.5％，Al：3.5～4.5％，W：8.5～10％，Si：≤0.5％，Mn：≤0.5％，Nb：0.5～1.5％，C：0.03～0.08％，余量为Ni；其制备工艺包括合金冶炼、开坯锻造及热处理三步。通过高温多道次小变形量锻造，获得不完全再结晶组织结构。合金经热处理后内部仍可见明显的偏析现象，其晶粒尺寸70‑120mm，晶内弥散分布Ni₃Al相，且其体积分数不低于35％。同时合金具备优异的高温强度性能，其在850℃条件下屈服强度不低于700MPa，并且850℃/100MPa外推持久强度不低于十万小时。

技术领域

本发明属高温用合金材料领域，具体涉及一种高强镍基高温合金制备成型工艺。

背景技术

随着我国用电需求不断增加，能源紧缺及环境污染问题日益凸显，发展高效、节能、环保发电方式的需求越发紧迫。火力发电作为我国长期以来最主要的发电技术，提高机组蒸汽参数被认为是解决上述问题最有效的途径。以往大量实践表明，关键部件材料的服役性能是制约锅炉机组蒸汽参数提高的最主要原因，而作为火电机组锅炉中服役工况最严苛的关键部件之一，过/再热器管道对材料的服役性能提出了极高的要求。过/再热器在服役期间将承受高温蠕变、热疲劳、氧化及高温烟气腐蚀等多重因素的影响。随着火电机组主蒸汽参数的大幅提高，开发出可以满足高参数机组过/再热器管使用性能需求的高温合金材料已成为火力发电行业亟待解决的课题。

过/再热器作为火电机组锅炉中服役工况最严苛的部件，对其候选材料的持久强度提出了极高的要求。针对高参数火电机组锅炉再热器管对材料使用性能的需求，目前国外已开发出了一系列镍基变形高温合金材料，如美国特殊金属公司开发的Inconel 740H、美国哈氏公司开发的Haynes 282、德国蒂森克虏伯公司开发的CCA 617、英国Rolls-Royce公司开发的Nimonic 263、日本日立公司开发的FENIX700、日本东芝公司开发的TOS1X、日本三菱公司开发的LTESR700等镍基变形高温合金。为确保合金具有优异的持久强度，目前的候选材料中往往具有较高的Al、Ti元素含量。然而，Al、Ti元素的添加虽然有助于强化相的析出，但后者在合金长期服役过程中难以避免的出现粗化长大现象，进而对合金的性能造成严重危害。近年来开发的一些新型合金如Haynes282/usc800等均具有较高的W、Mo等人固溶强化元素含量，在提高合金持久性能的同时也有助于降低合金的热膨胀系数。然而，Mo元素的添加对合金的抗腐蚀性能将造成不利影响，并且显著危害合金组织稳定性。W元素的固溶强化效果与Mo元素相比更加显著，但其添加将显著降低合金的热加工性能，进而增大合金的制备成型难度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强镍基高温合金制备成型工艺。

为了实现以上发明目的，本发明所采用的技术方案为：

一种高强镍基高温合金制备成型工艺，包括以下步骤：

1)合金熔炼：对合金原料进行熔炼，得到铸锭；其中，该合金原料按质量百分比计，包括：Cr：15～18％，Co：15～20％，Ti：0.5～1.5％，Al：3.5～4.5％，W：8.5～10％，Si：≤0.5％，Mn：≤0.5％，Nb：0.5～1.5％，C：0.03～0.08％，余量为Ni；

2)开坯锻造：将铸锭进行均匀化处理，然后在1180-1200℃进行开坯锻造，每道次变形量10～15％，总变形量不低于70％；

3)热处理。

本发明进一步的改进在于，步骤1)中，在氩气保护下进行熔炼。

本发明进一步的改进在于，步骤1)中，熔炼采用氧化镁碱性炉衬的真空感应熔炼炉。

本发明进一步的改进在于，步骤2)中，均匀化处理的温度为1160-1200℃，时间为8-24h。