[发明专利]一种高强镍基高温合金棒材的加工成型工艺

说明书

一种高强镍基高温合金棒材的加工成型工艺，其成分按质量百分比计包括：Cr：16～23％，Co：15～20％，Al：2.5～4.0％，Ti：1.0～2.5％，Nb：0.5‑1.5％，W+Mo：3.0～7.0％，Si：≤0.5％，Mn：≤0.5％，C：0.04～0.07％，余量为Ni。合金主要为奥氏体及Ni₃Al(γ’)双相组织结构，以及在晶界不连续分布的M23C6型碳化物。本发明合金采用真空冶炼工艺制备，并随后采用多道次小变形量的方式锻造成棒材，最终对其进行表面车削及热处理。本发明所述工艺进行高W、Mo含量合金变形加工，在兼顾合金强度的同时，其最终其变形量可达75％以上。

技术领域

本发明属材料加工领域，具体涉及一种高强镍基高温合金棒材的加工成型工艺。

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/再热器等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及抗腐蚀性能提出了极高的要求。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CCA617、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。为保证合金获得良好的高温强度，合金中往往通过大量添加W、Mo等固溶强化元素及Al、Ti、Nb、Ta等析出强化元素。然而，上述元素的添加将对合金加工性能带来严重影响，如W元素的加入增大合金红硬性，Nb的加入容易促进晶界CrNbN等有害相的析出等。

发明内容

本发明的目的在于开发一种高强镍基高温合金棒材的加工成型工艺。

为了实现以上发明目的，本发明所采用的技术方案为：

一种高强钴基高温合金棒材的加工成型工艺，包括以下步骤：

1)合金冶炼：按质量百分数计，包括Cr：16～23％，Co：15～20％，Al：2.5～4.0％，Ti：1.0～2.5％，Nb：0.5～1.5％，W+Mo：3.0～7.0％，Si：≤0.5％，Mn：≤0.5％，C：0.04～0.07％，余量为Ni；

真空下，将Cr、Co、Ni、W、Nb、Mo、Si与Mn加入到感应电弧炉中，待熔炼Cr、Co、Ni、W、Nb、Mo、Si与Mn熔化后，氩气保护下，加入Al、Ti与C，精炼0.5～1h，得到合金铸锭；

2)均匀化处理：将合金铸锭以10～20℃/min的速率自室温升温至950～1050℃保温0.5～1.0小时，随后在γ’固溶温度以上10～50℃均匀化处理24～72小时，完成后空冷至室温；

3)开坯锻造：将均匀化处理后的合金在γ’溶解温度以上10～50℃进行高温锻造成板坯，每道次变形量15～20％，总变形量不低于50％，完成后回炉保温；

4)棒材成型：将开坯锻造后的板坯在1180～1200℃保温30～50min，随后在1180～1200℃下锤锻成棒材，每道次变形量20～25％，总变形量不低于50％；

5)热处理。

本发明进一步的改进在于，步骤1)中，感应电弧炉采用氧化镁碱性炉衬。