CN105950918A - Ni-Co-Cr基沉淀硬化型变形高温合金材料及其制备方法 - Google Patents

Ni-Co-Cr基沉淀硬化型变形高温合金材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了Ni‑Co‑Cr基沉淀硬化型变形高温合金材料，其组成为：C 0.04～0.10wt％；Cr 9.50～11.0wt％；Co 14.00～16.00wt％；W 5.00～6.00wt％；Mo 4.50～5.50wt％；Al 3.70～4.40wt％；Ti 1.40～1.90wt％；V 0.20～0.50wt％；B 0.010～0.025wt％；余量是Ni及不可避免的杂质；该材料的力学性能完全符合要求，且性能优异，用本发明Ni‑Co‑Cr基沉淀硬化型变形高温合金材料制造的燃气涡轮部件，能够满足其工作环境的使用要求。

Description

Ni-Co-Cr基沉淀硬化型变形高温合金材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高温合金材料，尤其涉及用于制造工作温度在850℃～950℃的燃气涡轮工作叶片用Ni-Co-Cr基沉淀硬化型变形高温合金材料及其制备方法。
背景技术
高温合金材料对于发展航空发动机和工业燃气轮机起着重要作用。目前，随着工业燃气轮机功率的不断提高，对高性能高温合金材料的需求亦随之增加，现有的高温合金材料已不能满足新型工业燃气轮机的性能需求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供Ni-Co-Cr基沉淀硬化型变形高温合金材料，满足在复杂工作环境下的使用要求。
Ni-Co-Cr基沉淀硬化型变形高温合金材料，其具有如下组成：
余量是Ni及不可避免的杂质；
所述杂质用元素量限定及其含量为：
P≤0.010wt％
S≤0.010wt％
Ce≤0.02wt％。
作为优选地，上述Ni-Co-Cr基沉淀硬化型变形高温合金材料，其具有如下组成：
余量是Ni及不可避免的杂质；
所述杂质用元素量限定及其含量为：
P≤0.010wt％
S≤0.010wt％
Ce≤0.02wt％。
作为优选地，上述Ni-Co-Cr基沉淀硬化型变形高温合金材料，其具有如下组成：
余量是Ni及不可避免的杂质；
所述杂质用元素量限定及其含量为：
P≤0.010wt％
S≤0.010wt％
Ce≤0.02wt％。
上述Ni-Co-Cr基沉淀硬化型变形高温合金材料的制备方法，包括步骤：
(1)取所需元素物料于真空感应炉中熔炼，熔炼温度1450～1460℃；在熔炼过程中调节各元素的含量，使其重量比符合设计要求，控制杂质元素含量，溶液浇注成自耗电极；
(2)将自耗电极于电渣炉中重熔精炼，降低杂质元素含量，使其符合设计要求，重熔成电渣锭；
(3)将电渣锭加热锻造制成钢棒；
(4)钢棒锻后空冷至室温；
(5)钢棒表面处理：对钢棒表面进行车光处理，消除表面缺陷并使钢棒尺寸、形状、表面质量满足设计要求，制得成品钢棒。
作为优选地，上述步骤(2)所述重熔精炼采用的渣系为CaF2:Al2O3:CaO:MgO＝(55-65)：(18-22)：(8-13):(9-11)(wt％)，渣量18-22Kg。
作为优选地，上述步骤(2)所述重熔精炼采用的渣系为CaF2:Al2O3:CaO:MgO＝60:20:10:10(wt％)，渣量20Kg。
作为优选地，上述步骤(2)所述重熔精炼的电力条件为：电压48V±2V，电流6000±200A。
作为优选地，上述步骤(3)具体操作及工艺参数优选为：将钢棒加热至1200～1220℃，保温28-35小时后炉冷至1150～1170℃保温2～3小时，开始锻造。
作为优选地，上述步骤(3)具体操作及工艺参数优选为：将钢棒加热至1200～1220℃，保温30小时后炉冷至1150～1170℃保温2～3小时，开始锻造。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明Ni-Co-Cr基沉淀硬化型变形高温合金材料，经高温(900℃)拉伸试验，结果表明其力学性能完全符合要求，且性能优异，抗拉强度Rm≥570Mpa，伸长率A≥7.0％，断面收缩率Z≥11.0％。用本发明Ni-Co-Cr基沉淀硬化型变形高温合金材料制造的燃气涡轮部件，能够满足其工作环境的使用要求。本发明Ni-Co-Cr基沉淀硬化型变形高温合金材料制备方法易于操作，可控性强，制备出的Ni-Co-Cr基沉淀硬化型变形高温合金材料性能优异。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1 Ni-Co-Cr基沉淀硬化型变形高温合金材料及其制备方法
Ni-Co-Cr基沉淀硬化型变形高温合金材料，其具有如下组成：
余量是Ni及不可避免的杂质；
所述杂质用元素量限定及其含量为：
P≤0.010wt％
S≤0.010wt％
Ce≤0.02wt％。
本例Ni-Co-Cr基沉淀硬化型变形高温合金材料的制备方法，包括步骤：
(1)取所需元素物料于真空感应炉中熔炼，熔炼温度1450℃—1460℃；在熔炼过程中调节各元素的含量，使其重量比符合设计要求，控制杂质元素含量，溶液浇注成自耗电极；
(2)将自耗电极于电渣炉中重熔精炼，降低杂质元素含量，使其符合设计要求，重熔成电渣锭；渣系为CaF2:Al2O3:CaO:MgO＝60:20:10:10(wt％)，渣量20Kg，电力条件为：电压48V±2V，电流6000±200A；
(3)将电渣锭加热锻造制成钢棒：将钢棒加热至1200-1220℃，保温30小时后炉冷至1150-1170℃保温2.5小时，开始锻造；
(4)钢棒锻后空冷至室温；
(5)钢棒表面处理：对钢棒表面进行车光处理，消除表面缺陷并使钢棒尺寸、形状、表面质量满足设计要求，制得成品钢棒。
实施例2 Ni-Co-Cr基沉淀硬化型变形高温合金材料及其制备方法
Ni-Co-Cr基沉淀硬化型变形高温合金材料，其具有如下组成：
余量是Ni及不可避免的杂质；
所述杂质用元素量限定及其含量为：
P≤0.010wt％
S≤0.010wt％
Ce≤0.02wt％。
本例Ni-Co-Cr基沉淀硬化型变形高温合金材料的制备方法，包括步骤：
(1)取所需元素物料于真空感应炉中熔炼，熔炼温度1460℃±2℃；在熔炼过程中调节各元素的含量，使其重量比符合设计要求，控制杂质元素含量，溶液浇注成自耗电极；
(2)将自耗电极于电渣炉中重熔精炼，降低杂质元素含量，使其符合设计要求，重熔成电渣锭；渣系为CaF2:Al2O3:CaO:MgO＝60:20:10:10(wt％)，渣量20Kg，电力条件为：电压48V±2V，电流6000±200A；
(3)将电渣锭加热锻造制成钢棒：将钢棒加热至1220±2℃，保温28小时后炉冷至1150℃±2℃保温3小时，开始锻造；
(4)钢棒锻后空冷至室温；
(5)钢棒表面处理：对钢棒表面进行车光处理，消除表面缺陷并使钢棒尺寸、形状、表面质量满足设计要求，制得成品钢棒。
实施例3 Ni-Co-Cr基沉淀硬化型变形高温合金材料及其制备方法
Ni-Co-Cr基沉淀硬化型变形高温合金材料，其具有如下组成：
余量是Ni及不可避免的杂质；
所述杂质用元素量限定及其含量为：
P≤0.010wt％
S≤0.010wt％
Ce≤0.02wt％。
本例Ni-Co-Cr基沉淀硬化型变形高温合金材料的制备方法，包括步骤：
(1)取所需元素物料于真空感应炉中熔炼，熔炼温度1450℃±2℃；在熔炼过程中调节各元素的含量，使其重量比符合设计要求，控制杂质元素含量，溶液浇注成自耗电极；
(2)将自耗电极于电渣炉中重熔精炼，降低杂质元素含量，使其符合设计要求，重熔成电渣锭；渣系为CaF2:Al2O3:CaO:MgO＝60:20:10:10(wt％)，渣量20Kg，电力条件为：电压48V±2V，电流6000±200A；
(3)将电渣锭加热锻造制成钢棒：将钢棒加热至1200±2℃，保温30小时后炉冷至1170℃±2℃保温2小时，开始锻造；
(4)钢棒锻后空冷至室温；
(5)钢棒表面处理：对钢棒表面进行车光处理，消除表面缺陷并使钢棒尺寸、形状、表面质量满足设计要求，制得成品钢棒。
实施例4 Ni-Co-Cr基沉淀硬化型变形高温合金材料及其制备方法
Ni-Co-Cr基沉淀硬化型变形高温合金材料，其具有如下组成：
余量是Ni及不可避免的杂质；
所述杂质用元素量限定及其含量为：
P≤0.010wt％
S≤0.010wt％
Ce≤0.02wt％。
本例Ni-Co-Cr基沉淀硬化型变形高温合金材料的制备方法，包括步骤：
(1)取所需元素物料于真空感应炉中熔炼，熔炼温度1455℃±2℃；在熔炼过程中调节各元素的含量，使其重量比符合设计要求，控制杂质元素含量，溶液浇注成自耗电极；
(2)将自耗电极于电渣炉中重熔精炼，降低杂质元素含量，使其符合设计要求，重熔成电渣锭；渣系为CaF2:Al2O3:CaO:MgO＝60:20:10:10(wt％)，渣量20Kg，电力条件为：电压48V±2V，电流6000±200A；
(3)将电渣锭加热锻造制成钢棒：将钢棒加热至1210±2℃，保温30小时后炉冷至1160℃±2℃保温3小时，开始锻造；
(4)钢棒锻后空冷至室温；
(5)钢棒表面处理：对钢棒表面进行车光处理，消除表面缺陷并使钢棒尺寸、形状、表面质量满足设计要求，制得成品钢棒。
实施例1-4成品钢棒上取样检验力学性能，进行对应的力学性能试验：
试样热处理步骤及工艺参数如下：于1200±10℃保温2h，空气冷却，于1050±10℃保温4h，空气冷却，于850±10℃保温8h，空气冷却；
试样高温(900℃)拉伸试验性能要求如下：
抗拉强度 Rm≥570Mpa
伸长率 A≥7.0％
断面收缩率 Z≥11.0％。
实施例1-4Ni-Co-Cr基沉淀硬化型变形高温合金材料，经高温(900℃)拉伸试验，结果表明其力学性能完全符合要求，且性能优异，试验结果如表1：
表1
试样 Rm(Mpa) A(％) Z(％)
实施例1 635 11 24
实施例2 641 13 26
实施例3 629 12 25
实施例4 638 10 24
用本发明Ni-Co-Cr基沉淀硬化型变形高温合金材料制造的燃气涡轮部件，能够满足其工作环境的使用要求。
实施例5 Ni-Co-Cr基沉淀硬化型变形高温合金材料及其制备方法
Ni-Co-Cr基沉淀硬化型变形高温合金材料，其具有如下组成：
余量是Ni及不可避免的杂质；
所述杂质用元素量限定及其含量为：
P≤0.010wt％
S≤0.010wt％
Ce≤0.02wt％。
本例Ni-Co-Cr基沉淀硬化型变形高温合金材料的制备方法，包括步骤：
(1)取所需元素物料于真空感应炉中熔炼，熔炼温度1450℃；在熔炼过程中调节各元素的含量，使其重量比符合设计要求，控制杂质元素含量，溶液浇注成自耗电极；
(2)将自耗电极于电渣炉中重熔精炼，降低杂质元素含量，使其符合设计要求，重熔成电渣锭；渣系为CaF2:Al2O3:CaO:MgO＝55:22:12:11(wt％)，渣量18Kg，电力条件为：电压48V±2V，电流6000±200A；
(3)将电渣锭加热锻造制成钢棒：将钢棒加热至1200℃，保温35小时后炉冷至1170℃保温2小时，开始锻造；
(4)钢棒锻后空冷至室温；
(5)钢棒表面处理：对钢棒表面进行车光处理，消除表面缺陷并使钢棒尺寸、形状、表面质量满足设计要求，制得成品钢棒。
本例成品钢棒经高温(900℃)拉伸试验，结果表明其力学性能完全符合要求，且性能优异，抗拉强度Rm≥570Mpa，伸长率A≥7.0％，断面收缩率Z≥11.0％。用本例Ni-Co-Cr基沉淀硬化型变形高温合金材料制造的燃气涡轮部件，能够满足其工作环境的使用要求。
实施例6 Ni-Co-Cr基沉淀硬化型变形高温合金材料及其制备方法
Ni-Co-Cr基沉淀硬化型变形高温合金材料，其具有如下组成：
余量是Ni及不可避免的杂质；
所述杂质用元素量限定及其含量为：
P≤0.010wt％
S≤0.010wt％
Ce≤0.02wt％。
本例Ni-Co-Cr基沉淀硬化型变形高温合金材料的制备方法，包括步骤：
(1)取所需元素物料于真空感应炉中熔炼，熔炼温度1460℃；在熔炼过程中调节各元素的含量，使其重量比符合设计要求，控制杂质元素含量，溶液浇注成自耗电极；
(2)将自耗电极于电渣炉中重熔精炼，降低杂质元素含量，使其符合设计要求，重熔成电渣锭；渣系为CaF2:Al2O3:CaO:MgO＝65:18:8:9(wt％)，渣量22Kg，电力条件为：电压48V±2V，电流6000±200A；
(3)将电渣锭加热锻造制成钢棒：将钢棒加热至1205℃，保温32小时后炉冷至1165℃保温2.2小时，开始锻造；
(4)钢棒锻后空冷至室温；
(5)钢棒表面处理：对钢棒表面进行车光处理，消除表面缺陷并使钢棒尺寸、形状、表面质量满足设计要求，制得成品钢棒。
本例成品钢棒经高温(900℃)拉伸试验，结果表明其力学性能完全符合要求，且性能优异，抗拉强度Rm≥570Mpa，伸长率A≥7.0％，断面收缩率Z≥11.0％。用本例Ni-Co-Cr基沉淀硬化型变形高温合金材料制造的燃气涡轮部件，能够满足其工作环境的使用要求。

Claims (10)

1.Ni-Co-Cr基沉淀硬化型变形高温合金材料，其特征在于，其具有如下组成：
C 0.04～0.10wt％
Cr 9.50～11.0wt％
Co 14.00～16.00wt％
W 5.00～6.00wt％
Mo 4.50～5.50wt％
Al 3.70～4.40wt％
Ti 1.40～1.90wt％
V 0.20～0.50wt％
B 0.010～0.025wt％
余量是Ni及不可避免的杂质；
所述杂质用元素量限定及其含量为：
P≤0.010wt％
S≤0.010wt％
Ce≤0.02wt％。
2.根据权利要求1所述的Ni-Co-Cr基沉淀硬化型变形高温合金材料，其特征在于，其具有如下组成：
C 0.06～0.90wt％
Cr 10.5～10.8wt％
Co 15.00～15.90wt％
W 5.20～5.80wt％
Mo 4.70～5.30wt％
Al 3.90～4.20wt％
Ti 1.60～1.80wt％
V 0.30～0.46wt％
B 0.018～0.021wt％
余量是Ni及不可避免的杂质；
所述杂质用元素量限定及其含量为：
P≤0.010wt％
S≤0.010wt％
Ce≤0.02wt％。
3.根据权利要求2所述的Ni-Co-Cr基沉淀硬化型变形高温合金材料，其特征在于，其具有如下组成：
C 0.071～0.074wt％
Cr 10.0～10.2wt％
Co 15.50～15.93wt％
W 5.35～5.51wt％
Mo 4.75～4.83wt％
Al 3.99～4.01wt％
Ti 1.57～1.78wt％
V 0.24～0.25wt％
B 0.012～0.015wt％
余量是Ni及不可避免的杂质；
所述杂质用元素量限定及其含量为：
P≤0.010wt％
S≤0.010wt％
Ce≤0.02wt％。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的Ni-Co-Cr基沉淀硬化型变形高温合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)取所需元素物料于真空感应炉中熔炼，熔炼温度1450～1460℃；在熔炼过程中调节各元素的含量，使其重量比符合设计要求，控制杂质元素含量，溶液浇注成自耗电极；
(2)将自耗电极于电渣炉中重熔精炼，降低杂质元素含量，使其符合设计要求，重熔成电渣锭；
(3)将电渣锭加热锻造制成钢棒；
(4)钢棒锻后空冷至室温；
(5)钢棒表面处理：对钢棒表面进行车光处理，消除表面缺陷并使钢棒尺寸、形状、表面质量满足设计要求，制得成品钢棒。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述重熔精炼采用的渣系为CaF2:Al2O3:CaO:MgO＝(55-65)：(18-22)：(8-13):(9-11)(wt％)，渣量18-22Kg。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述重熔精炼采用的渣系为CaF2:Al2O3:CaO:MgO＝60:20:10:10(wt％)，渣量20Kg。
7.根据权利要求4-6任意一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述重熔精炼的电力条件为：电压48V±2V，电流6000±200A。
8.根据权利要求4-6任意一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)具体操作及工艺参数为：将钢棒加热至1200～1220℃，保温28-35小时后炉冷至1150～1170℃保温2～3小时，开始锻造。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)具体操作及工艺参数为：将钢棒加热至1200～1220℃，保温28-35小时后炉冷至1150～1170℃保温2～3小时，开始锻造。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)具体操作及工艺参数为：将钢棒加热至1200～1220℃，保温30小时后炉冷至1150～1170℃保温2～3小时，开始锻造。
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