[发明专利]一种高强镍钴基高温合金及其制备工艺

说明书

一种高强镍钴基高温合金及其制备工艺，按质量百分比包括：Cr：11～14％，Co：30～36％，Ti：5.4～6.0％，Al：2.4～3.0％，W：1.0～3.0％，Mo：1.5～3.5％，Nb：0.3～0.7％，Ta：0.7～1.2％，Si：≤0.5％，Mn：≤0.5％，C：0.04～0.07％，Hf：0.05～0.1％，B：≤0.003％，Zr：≤0.03％，余量为Ni；本发明合金晶内由奥氏体及Ni₃Al两相组成，并在晶界处存在M23C6型碳化物。晶内γ’体积分数不低于40％。合金具备优异的高温强度性能，同时具有良好的抗高温氧化性能。

技术领域

本发明属高温合金领域，具体涉及一种高强镍钴基高温合金及其制备工艺，特别适用于燃气轮机机组中转子、叶片高温关键部件。

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。以往大量实践表明，关键部件材料的服役性能是制约机组蒸汽参数提高的最主要原因之一。由于材料长期在高温环境下服役，因此要求其具备优异的高温强度性能及持久性能。并且由于部件结构复杂，也要求候选材料具有良好的冶炼及加工性能。

目前，镍基与镍钴基因其良好的高温性能而受到青睐。然而，以析出强化为主要强化方式的合金在较高的温度下其性能下降显著，尤其在长时间服役时析出相的长大将进一步造成合金强度性能的降低。以固溶强化为主要强化方式的合金强度相对稳定，但其高温性能相对较低，并且其加工性能一般较差。此外，镍基与镍钴基高温合金中常见的高Ti及低Cr元素含量的特征将对合金抗氧化性能造成不利影响。然而，降低Ti含量及提高Cr含量分别将会对合金的强度及组织稳定性带来危害。针对燃气轮机转子叶片的使用工况要求，需要开发一种在极高温度下仍具备优异强度性能、抗氧化性能且易加工的新型高温合金。

发明内容

本发明的目的在于开发一种高强镍钴基高温合金及其制备工艺。

为了实现以上发明目的，本发明所采用的技术方案为：

一种高强镍钴基高温合金，按质量百分比计，包括：Cr：11～14％，Co：30～36％，Ti：5.4～6.0％，Al：2.4～3.0％，W：1.0～3.0％，Mo：1.5～3.5％，Nb：0.3～0.7％，Ta：0.7～1.2％，Si：≤0.5％，Mn：≤0.5％，C：0.04～0.07％，Hf：0.05～0.1％，B：≤0.003％，Zr：≤0.03％，余量为Ni。

一种高强镍钴基高温合金的制备工艺，包括以下步骤：

1)合金冶炼：按质量百分比计，取Cr：11～14％，Co：30～36％，Ti：5.4～6.0％，Al：2.4～3.0％，W：1.0～3.0％，Mo：1.5～3.5％，Nb：0.3～0.7％，Ta：0.7～1.2％，Si：≤0.5％，Mn：≤0.5％，C：0.04～0.07％，Hf：0.05～0.1％，B：≤0.003％，Zr：≤0.03％，余量为Ni；

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

2)均匀化处理：将合金铸锭在950-1050℃保温0.5-1.0小时，随后在γ’固溶温度以上10-30℃范围内均匀化处理24-72小时，完成后空冷至室温；

3)高温热轧：将经过均匀化处理的合金在γ’固溶温度以下30-50℃保温1-2小时，然后进行高温轧制；

4)热处理。

本发明进一步的改进在于，步骤1)中，熔炼过程中采用焦炭及Ni-Mg进行二次脱氧；合金铸锭中P、S含量不高于0.03％。

本发明进一步的改进在于，步骤2)中，以10-20℃/min的速率自室温升温至950-1050℃。