CN110900131A - 基于碳化物组织改性的耐熔盐腐蚀镍钼铬合金加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于碳化物组织改性的耐熔盐腐蚀镍钼铬合金加工方法。该方法包括对耐熔盐腐蚀镍钼铬合金铸锭进行开坯锻造的步骤;在开坯锻造前,先对耐熔盐腐蚀镍钼铬合金铸锭进行以下的高温扩散退火处理:先升温至800~900℃并保温至少10小时,然后再升温至1140~1190℃并保温至少20小时,接着升温至1220~1280℃并保温至少40小时,最后随炉冷却至室温;整个升温过程中的升温速率均小于30℃/min。本发明还公开一种耐熔盐腐蚀镍钼铬合金部件。相比现有技术,本发明可有效减少铸锭开坯锻造过程中的表面开裂现象。
Description
技术领域
本发明涉及金属加工技术领域,具体涉及一种耐熔盐腐蚀镍钼铬合金加工方法。
背景技术
第四代核反应堆-熔盐堆因其具有固有安全性及高效等优点,成为了未来核电领域的重要发展方向。为了达到熔盐堆所需的耐高温耐熔盐腐蚀的目的,一类特殊镍基高温合金—耐熔盐腐蚀镍钼铬合金被开发出来,其中最具代表性的是美国橡树岭实验室开发的Hastelloy N合金或我国中科院上海应用物理研究所开发的GH3535合金。目前熔盐堆的主要结构件只能采用此类耐熔盐腐蚀镍钼铬合金制作。
此类合金在高温熔盐环境下具有优异的抗腐蚀性和强度特性,然而,由于此类合金具有钼含量高的特点,从而导致该类合金具有加工抗力大、加工硬化严重、易加工开裂等问题。尤其在铸锭开坯锻造过程中的表面开裂现象极大的影响了其成材率,导致制造成本居高不下。因此,亟需一种有效方法以减少该类合金的加工开裂,提高成材率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足,提供一种可有效减少铸锭开坯锻造过程中的表面开裂现象的耐熔盐腐蚀镍钼铬合金加工方法。
本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题:
基于碳化物组织改性的耐熔盐腐蚀镍钼铬合金加工方法,包括对耐熔盐腐蚀镍钼铬合金铸锭进行开坯锻造的步骤;在开坯锻造前,先对耐熔盐腐蚀镍钼铬合金铸锭进行以下的高温扩散退火处理:先升温至800~900℃并保温至少10小时,然后再升温至1140~1190℃并保温至少20小时,接着升温至1220~1280℃并保温至少40小时,最后随炉冷却至室温;整个升温过程中的升温速率均小于30℃/min。
优选地,第一到第三个保温阶段的保温时间t1~t3分别为(10+K1×H)小时、(20+K2×H)小时、(40+K3×H)小时;其中,H为铸锭厚度,单位为mm,K1、K2、K3为取值范围分别在[0.015,0.025]、[0.035,0.045]、[0.050,0.100]的比例系数,单位均为h/mm。
进一步地,在高温扩散退火处理之前先对铸锭进行剥皮处理。
一种耐熔盐腐蚀镍钼铬合金部件,使用以上任一技术方案所述加工方法加工得到。
相比现有技术,本发明技术方案具有以下有益效果:
本发明通过在合金开坯锻造前增加一次采用优化工艺的高温扩散退火,可有效改善铸锭内部的组织分布、成分分布、碳化物形貌,进而可大幅减少锻造开坯中的开裂现象,从而将锻造开坯的成材率由现有的40%提高到60%以上,具有良好的经济效益。
附图说明
图1为本发明所使用的高温扩散退火工艺曲线;
图2~图4分别为实施例1~实施例3的金相组织对比图。
具体实施方式
针对耐熔盐腐蚀镍钼铬合金锻造开坯中的开裂问题,本发明的解决思路是在锻造开坯前对铸锭进行一次优化的高温扩散退火处理,以有效改善铸锭内部的组织分布、成分分布、碳化物形貌,进而可大幅减少锻造开坯中的开裂现象。
本发明所采用的高温扩散退火处理工艺如图1所示,先升温至800~900℃并保温至少10小时,然后再升温至1140~1190℃并保温至少20小时,接着升温至1220~1280℃并保温至少40小时,最后随炉冷却至室温;整个升温过程中的升温速率均小于30℃/min。
优选地,第一到第三个保温阶段的保温时间t1~t3分别为(10+K1×H)小时、(20+K2×H)小时、(40+K3×H)小时;其中,H为铸锭厚度,单位为mm,K1、K2、K3为取值范围分别在[0.015,0.025]、[0.035,0.045]、[0.050,0.100]的比例系数,单位均为h/mm。
经研究发现,经过以上高温扩散退火处理后,耐熔盐腐蚀镍钼铬合金铸锭的内部的组织分布、成分分布、碳化物形貌会得到大幅优化,尤其是可将层片状共晶碳化物改变为边缘光滑的近似球状碳化物,从而对铸锭的锻造特性产生决定性的优化作用,并且不会对耐熔盐腐蚀镍钼铬合金的各种性能产生不良影响。
为便于公众了解,下面通过几个具体实施例来对本发明的技术方案进行进一步详细说明:
所述耐熔盐腐蚀镍钼铬合金各组分的重量比为:钼为13.0~22.0%,铬为4.0~10.0%,碳为0.01~1.00%;铁为最高6.0%,硅为最高1.00%,铝+钛为最高0.55%,硫为最高0.04%,磷为最高0.03%,其余为基体元素镍。
实施例1
采用经过真空感应+真空自耗冶炼的铸锭,进行表面剥皮至露出金属光泽,无明显肉眼可见缺陷,以消除表面渣层和表面缺陷。
然后采用天然气加热的炉子进行高温扩散退火处理。根据铸锭尺寸(φ300mm)计算其热处理时间分别为在800℃保温15h,在1140℃保温31h,在1220℃保温55h。期间升温速率为28℃/h。
对经过扩散退火后的铸锭进行金相组织观察,并与原铸锭进行对比,具体对比结果如图1所示,其中左侧为原铸锭的金相组织,右侧为净扩散退火后的金相组织。从图1中可以看出其中的碳化物由层片状共晶组织转变为球状组织。经过以上扩散退火处理后的铸锭,在锻造过程的开裂明显减轻,成材率为61%。根据材料学基本理论,球状碳化物下热加工过程中碳化物与基体变形更加协调,不容易产生锻造裂纹。
实施例2
采用经过真空感应+真空自耗冶炼的铸锭,进行表面剥皮至露出金属光泽,无明显肉眼可见缺陷,以消除表面渣层和表面缺陷。
然后采用天然气加热的炉子进行高温扩散退火处理。根据铸锭尺寸(φ500mm)计算其热处理时间分别为在900℃保温23h,在1190℃保温43h,在1280℃保温90h。期间升温速率为25℃/h。
对经过扩散退火后的铸锭进行金相组织观察,并与原铸锭进行对比,具体对比结果如图3所示。从图3中可以看出其中的碳化物由层片状共晶组织转变为球状组织。经过以上扩散退火处理后的铸锭,在锻造过程的开裂明显减轻,成材率为65%。
实施例3
采用经过真空感应+真空自耗冶炼的铸锭,进行表面剥皮至露出金属光泽,无明显肉眼可见缺陷,以消除表面渣层和表面缺陷。
然后采用天然气加热的炉子进行高温扩散退火处理。根据铸锭尺寸(φ400mm)计算其热处理时间分别为在850℃保温18h,在1140℃保温36h,在1220℃保温70h。期间升温速率为27℃/h。
对经过扩散退火后的铸锭进行金相组织观察,并与原铸锭进行对比,具体对比结果如图4所示。从图中可以看出其中的碳化物由层片状共晶组织转变为球状组织。经过以上扩散退火处理后的铸锭,在锻造过程的开裂明显减轻,成材率为70%。
Claims (4)
1.基于碳化物组织改性的耐熔盐腐蚀镍钼铬合金加工方法,包括对耐熔盐腐蚀镍钼铬合金铸锭进行开坯锻造的步骤;其特征在于,在开坯锻造前,先对耐熔盐腐蚀镍钼铬合金铸锭进行以下的高温扩散退火处理:先升温至800~900℃并保温至少10小时,然后再升温至1140~1190℃并保温至少20小时,接着升温至1220~1280℃并保温至少40小时,最后随炉冷却至室温;整个升温过程中的升温速率均小于30℃/min。
2.如权利要求1所述加工方法,其特征在于,第一到第三个保温阶段的保温时间t1~t3分别为(10+K1×H)小时、(20+K2×H)小时、(40+K3×H)小时;其中,H为铸锭厚度,单位为mm,K1、K2、K3为取值范围分别在[0.015,0.025]、[0.035,0.045]、[0.050,0.100]的比例系数,单位均为h/mm。
3.如权利要求1或2所述加工方法,其特征在于,在高温扩散退火处理之前先对铸锭进行剥皮处理。
4.一种耐熔盐腐蚀镍钼铬合金部件,其特征在于,使用权利要求1~3任一项所述加工方法加工得到。
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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