[发明专利]高冲击韧性镍基合金复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种高冲击韧性镍基合金复合材料的制备方法，控制包括轧制压缩比、轧制速度、轧制温度在内的轧制工艺参数，通过轧制过程中形变与相变的交互作用，降低高温阶段扩散至镍基合金侧的碳原子浓度，抑制晶界处含Cr碳化物的形成，诱导包含Mo、Nb在内的合金元素从晶界向晶内移动，避免合金元素在晶界处的偏聚，从而改善热轧复合后合金元素在镍基合金覆层材料中的分布、提升镍基合金复合板耐晶界腐蚀的能力，最终避免热轧后增加固溶处理工序对基材冲击韧性的影响。

技术领域

本发明属于金属材料领域，具体涉及一种高冲击韧性镍基合金复合材料的制备方法。

背景技术

异质金属层状复合材料是兼具基材及覆层材料性能及成本优势的新型层状复合材料，广泛应用于能源、交通、海洋以及航空航天领域。随着清洁能源天然气的应用领域拓展，具有耐H₂S、CO₂等复杂介质腐蚀能力的镍基合金/碳钢复合材料的需求量不断扩大。

在镍基合金复合板的制备过程中，基材碳钢中的C原子通过晶界扩散进入覆层材料镍基合金。因此，一般观点认为，扩散进入镍基合金中的碳原子在晶界处形成含Cr碳化物，导致晶界附近区域贫Cr，是造成镍基合金复合板晶界腐蚀的关键原因。

为提高复合板的耐腐蚀性能，传统制备工艺需要在复合轧制工序后增加固溶处理工序，以改善覆层材料镍基合金中合金元素的分布，提高复合板的耐蚀性。固溶处理的温度区间一般为1150℃-1200℃。在这一温度下，基材的奥氏体晶粒会非正常长大，导致冲击韧性恶化，难以满足镍基合金复合材料的应用需求。因此，耐蚀性与冲击韧性的矛盾始终是镍基合金复合材料制备过程中所面临的关键难题。

为解决上述问题，目前的研究主要集中于：通过基材成分设计，改善复合材料的耐蚀性以及机械性能。在此领域，国内外均已形成大量专利。上述研究的思路可以归结为如下两个方面：一是通过降低基材中的碳含量，减少覆层材料耐蚀合金晶界处含Cr碳化物的析出，进而降低固溶处理温度或取消固溶处理，以改善基材的机械性能。但是，过渡降低碳含量会导致复合材料在后续焊接过程中，在热影响区产生脆裂，影响材料的使用性能。二是在基材中适度添加Ti、Nb等合金元素，利用合金碳化物对基材晶界的钉扎作用，抑制固溶处理过程中基材奥氏体晶粒的过渡长大。

上述成分设计的思路可以在一定程度上改善耐蚀性与冲击韧性的矛盾，但是工艺方法复杂，不仅需要从冶炼工序开始进行成分调整和控制，而且，多数产品还必须经过固溶处理，使复合材料的制备成本大幅增加。

发明内容

本发明的目的是提供一种高冲击韧性镍基合金复合材料的制备方法，本方法能同时抑制晶界含Cr碳化物的形成和Mo、Nb等合金元素在晶界的偏聚，提高了镍基合金复合材料的耐蚀性，避免轧后增加固溶处理工序对镍基合金复合材料冲击韧性的影响。

本发明所采用的技术方案是：

一种高冲击韧性镍基合金复合材料的制备方法，控制包括轧制压缩比、轧制速度、轧制温度在内的轧制工艺参数，通过轧制过程中形变与相变的交互作用，降低高温阶段扩散至镍基合金侧的碳原子浓度，抑制晶界处含Cr碳化物的形成，诱导包含Mo、Nb在内的合金元素从晶界向晶内移动，避免合金元素在晶界处的偏聚，从而改善热轧复合后合金元素在镍基合金覆层材料中的分布、提升镍基合金复合板耐晶界腐蚀的能力，最终避免热轧后增加固溶处理工序对基材冲击韧性的影响。

进一步地，通过控制轧制压缩比和轧制速度，降低高温阶段由碳钢侧扩散至镍基合金侧的C原子的浓度，抑制晶界处含Cr碳化物的形成。

进一步地，控制轧制压缩比时，轧程总压缩比不低于80％，900℃以上温度的压缩比占总压缩比的70％-95％。

进一步地，控制轧制速度时，最低轧制速度不低于50m/min。