CN111850348B - 一种高强高韧镍基高温合金箔材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种高强高韧镍基高温合金箔材及其制备方法，属于镍基高温合金材料技术领域。箔材化学元素质量百分数为：C：0.01～0.05％、Cr：16～18％、Al：4～6％、Fe：3～7％、Y：0.001～0.02％、Ti：0.01～0.8％、Mn：0.05～2％、Ce：0.001～0.03％、Si：0.001～0.8％、B：0.001～0.01％、W≤0.20％、Co≤0.10％、Mo≤0.10％、Zr≤0.03％，余量为Ni和不可避免的杂质。优点在于，提供了一种在980℃及以下温度服役兼具密度小、线膨胀系数低、抗高温耐磨、抗高温耐蚀、抗氧化、高强度、高韧性、易加工成型和易焊接的蜂窝封严结构用镍基高温合金箔材。解决了现有镍基高温合金箔材工艺流程长、成材率低、成品箔材表面质量和板型差的问题。

Description

一种高强高韧镍基高温合金箔材及其制备方法

技术领域

本发明属于高温合金加工制备技术领域，特别涉及一种高强高韧镍基高温合金箔材及其制备方法。尤其涉及一种在980℃服役温度下具有密度小、线膨胀系数低、抗高温耐磨、抗高温耐蚀、抗氧化、高强度、高韧性和良好焊接性能的镍基高温合金箔材。

背景技术

高温合金是指以铁、钴、镍为基体，能在600℃以上的高温和一定力作用下长期工作的一类金属材料。按基体元素的不同，分为铁基、镍基和钴基高温合金，按制备方法的不同，可分为铸造、变形和粉末高温合金。

镍基变形高温合金是指以镍为基体的高温合金，可通过锻造、热轧、冷轧或冷拔等变形手段制备出成品的一类高温合金，变形高温合金是相对于铸造高温合金和粉末高温合金而言。高温合金从一开始主要用于航天发动机，如今已发展为航空发动机、火箭发动机及燃气轮机热端部件不可替代的材料，现代燃气涡轮发动机有50％以上的重量采用高温合金，其中镍基高温合金在发动机材料中所占比重约为40％。

蜂窝封严结构是一种用于航空航天发动机、燃气轮机以及蒸汽机等透平机械关键部分的空气密封装置，主要由蜂窝芯和与其对应的背板构成。蜂窝封严结构是通过将厚度0.05～0.25mm的高温合金箔材冲压成半正六边形的蜂窝条，半正六边形的蜂窝条规则排列拼焊成蜂窝芯，蜂窝芯钎焊于封严环内表面的组件。蜂窝的规格(六边形对边距离)有0.8mm、1.6mm、2.5mm、3.2mm等。其中，高温合金箔材是蜂窝封严装置中最为重要的材料部分，要求高温合金箔材具有密度小、线膨胀系数小、高的比刚度、比刚度、良好的耐磨性、耐腐蚀性、抗氧化性和焊接性能等。

在大功率透平机械中，密封泄露是动力损失的主要原因。GE和CROSS公司的报告认为，由于密封失效导致的级间能量损失比例可以达到1/3，Chupp等报告密封泄露导致汽轮机效率损失的比例高达22％左右，而先进的密封技术可以减少商用发动机10％的燃油消耗量。

蜂窝封严技术是近几十年发展起来的新的密封技术。由于其特殊的结构模式，其对轴的摩擦损失程度仅是传统迷宫密封的1/6，即使与轴发生动静摩擦，也不会伤及轴颈；另外，在相同压力和间隙的情况下，蜂窝封严结构的泄漏量比迷宫密封的泄漏量减小50％～70％。同时蜂窝芯结构相比于其他结构重量轻，具有显著减重效果，正是由于其具有显著减重、降低泄漏量、有效抑制密封流体激振和有效减振去湿等特点，可显著提高透平机械的效率和可靠性，因此蜂窝封严结构在航空航天发动机和燃气轮机中得到越来越广泛的应用。

随着航空航天发动机、地面和舰用燃气轮机向着大功率、高效率发展，发动机涡轮进口温度不断提高，对高温合金的性能要求日益苛刻。自20世纪40年代初期用于Whitte发动机的Nimonic75合金出现以来，高温合金的耐热温度以每年提高10℃的速度迅速发展。以地面燃气轮机为例，E级和F级(当代级)燃气轮机的燃气初温分别达到1150℃和1350℃，G级和H级(先进级)燃气轮机的燃气初温达到1450～1500℃；J级(未来级)燃气轮机的燃气初温将达到1600～1700℃。在燃气初温不断提高的情况下，要求与燃气接触的发动机燃烧室及相关部件不断提高承温能力，其技术途径是：一是在这些部件外表面喷涂耐高温涂层、内部采用多孔结构和气体冷却，以避免与高温燃气直接接触并加快热量散发，即使如此，先进重型燃气轮机燃烧室镍基高温合金本体承受的温度仍高达980℃左右，现有镍基变形高温合金，如GH3030、GH3536、Haynes214等已无法满足需要；二是开发新材料，提高材料本身的耐高温能力。

先进航空航天发动机蜂窝封严结构的特点是服役温度越来越高且服役时间越来越长、形状越来越复杂、重量越来越轻，需利用箔材经过冷成型加工和焊接加工的方法制造，要求高温合金箔材需要满足以下指标：1)密度小：满足航空航天发动机日趋苛刻的减重要求；2)线膨胀系数小：材料在服役过程中膨胀变形小，稳定蜂窝封严件与转轴之间的间隙，从而减小泄漏量；3)高的高温强度：使用温度可达980℃，在该温度下仍有较高的强度；4)良好的加工性能:由于蜂窝密封用高温合金箔材属于极薄带材范畴，厚度通常仅为0.05～0.25mm，过高的强度不利于箔材的加工成形，因此设计合金时既要考虑高温强度，又必须考虑其加工成形性，必须实现良好的强韧性匹配；5)焊接性能：通常高温合金箔材是通过焊接制成蜂窝芯，有通过钎焊焊接到背板装配上，因此所设计高温合金必须具有优异的焊接性能；6)耐高温腐蚀氧化和摩擦磨损性能：由于蜂窝封严件通常是在高温、潮湿、燃料以及摩擦相耦合的条件下使用，因此高温合金必须具有优异的抗氧化、耐腐蚀和耐摩擦磨损性能。以上是蜂窝封严结构件用高温合金箔材开发的关键。目前，在世界范围内的商用高温合金中，尚没有兼具上述性能的镍基变形高温合金。目前蜂窝封严件用材料主要有镍基高温合金GH3030、GH3536、Haynes214等，他们只具备上述性能中的某几项而不具备全部性能。其中GH3030合金的使用温度在800℃以下，GH3536合金的使用温度在900℃以下,Haynes214合金的使用温度在950℃以下，它们在950℃及以上温度的高温强度偏低，同时抗氧化、耐腐蚀性能差。现有燃烧室常用的其他镍基变形高温合金，如Nimonic263、Haynes230、GH738、Haynes282等合金虽然具有良好的成型性能、焊接性能和长期组织稳定性，但这些合金只能在850℃以下长期服役，其850～940℃高温强度和持久寿命不足。GH738虽然具备较高的870～927℃高温强度，组织稳定性也处于中等水平，但因其平衡组织中γ′体积分数达到了23～26％且析出温度高(1000～1012℃)、析出速度快，无论是坯料热加工、冷加工还是最终的零件成型，难度都比较大，焊接性能也较差；Haynes282合金虽然兼具871～927℃范围良好的强度、热稳定性和耐应变时效开裂性能，其耐高温能力的极限是927℃，不具备在980℃温度下服役的能力，在加工燃烧室的复杂部件时，其加工成型性能也不理想。

专利CN201810797690.6公开了“一种高强高弹镍基高温合金带材及其制备方法”，从该合金的成分特点判断其允许使用温度应在900℃以下，不适用于制造900℃以上温度服役的高温部件；此外，该合金以质量分数高达9.0～10.5％的W元素作为第二大合金元素，这导致合金的密度明显增加，达到8.56g/cm³；其次，W的大量添加增加了冶炼难度并导致W偏析，在合金冶炼过程中很难熔化并完全均匀，由此导致的偏析问题虽可借助于钢坯扩散退火改善，但很难完全消除，这种偏析会遗传至成品并损害性能的一致性，同时W的大量添加显著提高合金变形抗力，增加热加工难度，该专利也指出，由初始厚度28mm的板坯轧制2.8mm需要经过6火次热轧和6次退火处理，生产效率很低、成本极高，不适用于工业化批量生产；另外，该专利公开的合金制备方法仅适用于小批量生产带材，特别是厚度1.0～2.0mm的带材，这是因为其采用的铸锭制备方法为电渣重熔连续定向凝固技术，这种方法只能制备小规格板坯，板坯厚度30～50mm，宽度100～160mm，长度160～500mm，而在980℃及以下温度服役的蜂窝封严结构用高温合金箔材一般采用厚度0.05～0.25mm的箔材，因此，该专利公开的制备方法也不适用于980℃左右服役的蜂窝封严结构用镍基高温合金箔材的制备。

专利CN201910811805.7公开了“一种高性能易加工镍基变形高温合金及其制备方法”，该合金适用于制造在940℃左右及以下温度服役的部件及其焊材，该合金含有较高的战略性元素Co：9.1～12％以及重元素Mo：8.1～9.1％，使得合金的密度仍然在8.29g/cm³；其次过高的Mo在长期服役时容易生成μ相，从而降低合金的韧性和组织稳定性。另外，生产过程采用的仍是传统加工方法：真空感应熔炼→均匀化处理→锻造电极棒→电渣重熔→均匀化处理→锻造扁坯→热轧板材。该专利仅轧制出5mm厚的板坯就需要经过2次均匀化退火和2次锻造处理，流程高达7道，该方法对于生产0.05～0.25mm厚的箔材来说，工艺流程过长、生产效率低、成本高，不适用于工业化批量生产0.05～0.25mm厚高温合金箔材。

另外，由于蜂窝封严结构用镍基高温合金箔材属于极薄带材范畴，采用传统技术工艺在制备过程中往往存在断带、边部开裂、翘曲、侧弯、边部毛刺、横向弯曲、表面孔洞、鳞皮和表面氧化发暗、塑性差、焊接性能差、工艺流程长、成材率低、生产效率低等问题。

因此为满足新一代航空发动机的应用需求，亟需开发一种能在980℃服役的、密度小的蜂窝封严结构件用高强高韧镍基高温合金箔材，并开发与之相匹配的加工制备工艺，设计合理的合金元素添加及配比，创新与改进工艺制备技术，以提高材料使用温度、产品质量及成材率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强高韧镍基高温合金箔材及其制备方法，解决了现有传统镍基高温合金不适用于制造980℃左右及以下温度服役的航空发动机、地面或舰用燃气轮机的蜂窝封严结构用高温合金箔材的问题。所提供镍基高温合金箔材在980℃及以下温度服役兼具密度小、线膨胀系数低、抗高温耐磨、抗高温耐蚀、抗氧化、高强度、高韧性、易加工成型和易焊接等优点，合金成分设计合理，制备工艺可行，显著提高了材料的质量和成材率，在工业上得到了应用。

一种高强高韧镍基高温合金箔材，其化学元素质量百分数为：C：0.01～0.05％、Cr：16～18％、Al：4～6％、Fe：3～7％、Y：0.001～0.02％、Ti：0.01～0.8％、Mn：0.05～2％、Ce：0.001～0.03％、Si：0.001～0.8％、B：0.001～0.01％、W≤0.20％、Co≤0.10％、Mo≤0.10％、Zr≤0.03％，余量为Ni和不可避免的杂质。

所述不可避免的杂质中元素质量百分数，S、P的范围为：S≤0.005％、P≤0.005％，Pb、Sn、As、Sb和Bi五害元素中每一个元素≤0.0005％。

一种高强高韧镍基高温合金箔材的制备方法，具体步骤及参数如下：

1、将原材料C、Cr、Fe、Ni装入真空感应熔炼炉坩埚内，然后抽真空，当真空度达到≤2Pa时，以≤100KW低功率加热，排出炉料上附着的气体；当真空度达到≤0.5Pa时，以280～290KW功率化料，直到炉料完全熔化；炉料全部熔化后，升温至1590～1610℃，高温精炼35～45分钟后停电结膜；而后以280～290KW大功率升温破膜，破膜后通过料斗加入Mn、Si、Al、Ti、C、B、Ce，并且均匀搅拌；合金二次精炼：继续升温，炉料温度在1570～1590℃时精炼1～2分钟；炉温调至1500～1510℃，进行浇注，直接浇注成尺寸为(60～80)mm*(200～300)mm*(1000～1500)mm的扁坯；

步骤1中所述原材料Cr为纯净度≥99.99％的块状，原材料Fe为纯净度≥99.8％的块状，原材料Ni为纯净度≥99.99％的块状。

2、将扁坯进行表面精整，而后进行热轧，热轧加热温度为1220～1240℃，热轧成带坯尺寸为(4～5)mm*(200～300)mm*(＞1000mm)；

步骤2中所述表面精整为将扁坯用砂轮、砂带或酸洗进行修磨精整；

3、对热轧带坯进行退火软化处理，温度为1100～1150℃，时间为30～60min；处理后表面进行精整；而后对表面精整后的热轧带坯进行冷轧、中间热处理和切边，直到加工成所需要的箔材尺寸；开坯冷轧变形量为40～60％，中间冷轧变形量为30～40％，成品冷轧变形量为10～30％；热处理在纯氢气保护的光亮连续退火炉进行，温度为1000～1100℃，保温时间为5～10分钟，喷氢量≥20立方/小时；

4、最后进行箔材表面精整和板型矫正，表面精整为机械磨抛，首先采用粒度为500～1000目的抛轮进行粗抛光，而后采用粒度为3000～4000目的抛轮进行细抛光，得到尺寸精度高、表面呈银白色金属光泽的高强高韧镍基高温合金箔材。

本发明镍基高温合金的的主要合金元素C、Cr、Fe、Ni、Mn、Si、Al、Ti、C、B、Ce和一些在工业化生产过程中不可避免的杂质元素S、P等的含量控制范围如上所述。除此之外，还应当按照现有工业化生产技术，严格控制Pb、Sn、As、Sb、Bi等微量有害元素杂质元素的含量，这些元素对合金的加工性能、持久性能和高温塑性十分有害。

本发明中镍基高温合金的成分范围限定的原因如下：

C：在镍基高温合金中主要通过在晶界形成M₂₃C₆、MC、M₆C和M₇C₃等类型的碳化物发挥晶界强化作用，其中M₂₃C₆对合金高温持久强度有利，当C含量过少时，不足以在晶界形成足够数量的M₂₃C₆。C还可与合金中的Ti形成一次碳化物MC，这种碳化物的固溶温度很高，一般在1300℃以上，因此在通常加热条件下不会回溶，起到了钉扎晶界，防止晶粒粗化的作用。当C含量过高时形成粗大的MC，不仅会过多的消耗合金化元素Ti，降低合金的强度、高温性能和持久性能，粗大的MC还会成为应力集中的方法，产生裂纹。因此C控制在0.01～0.05％范围。

Cr：主要以固溶态存在于镍基高温合金基体中，其最主要的作用是提高合金的抗氧化和抗热腐蚀能力，并具有一定的固溶强化效果，同时也能与C结合形成沿晶分布的颗粒状M₂₃C₆，起到强化晶界的作用。但是Cr含量过高时会降低合金的组织稳定性和成型加工性能，本发明的合金主要用作蜂窝封严结构件材料，对合金的成型加工性能的要求较高，所以允许Cr的含量比通常的镍基变形高温合金低，以换取相对高的成型加工性能和组织稳定性。因此本发明将Cr含量控制在了16～18％。

Al和Ti：二者是γ′形成元素，且随二者含量的增加，γ′数量增加，材料的高温强度和持久性能提高。Al元素的添加会在合金表面形成Al₂O₃保护膜，有利于提高合金的抗氧化性能，而Ti有利于提高耐腐蚀性能。但是过高的Al和Ti会析出有害的β相，不利于组织稳定；Ti会明显降低固相线温度，缩小热加工窗口，不利于合金热加工性能；所以过多的Al和Ti会恶化焊接性能、损害成型加工性能，因此Al和Ti含量的确定要平衡高温性能、焊接性能和成型加工性能。为了平衡高温性能、抗氧化性、焊接性能和成型加工性能，本发明将二者的控制为：Al：4～6％、Ti：0.01～0.8％。

Fe：Fe加入到镍基高温合金中，不仅可以降低成本，而且可以阻碍位错运动；同时也能降低镍基奥氏体的堆垛层错能，有利于屈服强度提高，起固溶强化作用。但是Fe含量太多又会降低材料的抗氧化腐蚀性能，因此Fe控制在3～7％。

Y和Ce：Y和Ce是常用的稀土元素，可以在合金冶炼过程中起到良好的脱氧、脱硫和除气的作用，净化和强化晶界，改善合金的加工性能；还可以作为微合金化元素偏聚于晶界，起强化晶界的作用；另外Ce和Y作为活性元素可以改善合金的抗氧化性能，提高表面稳定性。混合稀土元素相比于单一稀土元素对合金的持久性能有明显改善作用，但是过高的稀土元素，会在晶界形成大量大颗粒稀土化合物反而会不利于合金的性能，因此控制Y：0.001～0.02％、Ce：0.001～0.03％。

Mn：有利于合金的抗氧化性能和焊接性能，但Mn含量过高，将不利于合金的力学性能，因此，Mn含量为0.05～2％。

Si：有利于合金抗氧化性能。但Si含量过高，将不利于合金组织稳定性和力学性能，因此，Si含量为0.001～0.8％。

B和Zr：晶界强化元素，能增加合金塑性，有利于热加工过程中晶界的协调变形，且能够提高合金的抗氧化性能和抗蠕变性能。但B含量过高，将易于在晶界形成大块状硼化物，不利于合金力学性能。Zr有助于净化晶界，增强晶界结合力，和B的复合添加有助于保持合金的高温强度和持久寿命，过量的Zr会降低热加工性能。因此B为0.001～0.01％，Zr≤0.03％。

W、Co和Mo：这三个元素均为固溶强化元素，能提高合金强度；但是原子序数均较高，会增大合金密度，同时会增加成本，从减重和经济的角度考虑，将W、Co和Mo含量分别控制在W≤0.20％、Co≤0.10％、Mo≤0.10％。

S和P：两者均为有害元素，凝固过程促进元素偏析和有害相生成，在组织中偏聚于晶界和相界并弱化晶粒和相之间的结合力，往往引起热加工裂纹和高温持久性能的明显下降，因此S和P含量越低越好，所以将S和P均限制在≤0.005％。

Pb、Sn、As、Sb、Bi：俗称五害元素，属于低熔点元素，其含量越低越好，本发明将其控制在≤0.0005％。

本发明的优点如下：

1)该合金具有较高的强度。16～18％Cr起着强烈的固溶强化效果；另外通过添加Al和Ti两种γ＇相形成元素，通过γ＇相起沉淀强化作用，显著提高了该合金的高温力学性能，使合金服役温度提高到980℃及以上；

2)该合金具有良好的热加工和冷加工性能。该合金具有较宽的热加工窗口300℃～500℃，合金加工过程中表面裂纹少，塑性好，成材率高。通过控制4～6％Al和0.01～0.8％Ti，在充分起到时效强化效果的同时，保证合金具有良好的加工性能，控制γ＇相的数量不超过50％。通过添加Ce：0.001～0.05％形成混合稀土，净化晶界的同时，改善晶界的热加工性能，并提高合金的强度；

3)该合金抗氧化性能好。添加4～6％的Al在合金表面产生一层致密的Al₂O₃的氧化膜，提高抗氧化性；另外，添加的Y和Ce稀土，形成稀土氧化物，使合金的高温抗氧化性能达到1210℃以上；Mn和Si元素的添加更进一步提高了合金的抗氧化性能和焊接性能；

4)该合金密度小(8.01～8.05g/cm³)；线膨胀系数小，在20～980℃的线膨胀系数为(18.1～18.3)×10^-6/℃，低于大部分现存的其他镍基高温合金，非常适合制作航空航天发动机蜂窝封严结构件。

5)该合金有害杂质元素少、纯净度高、内部缺陷少、成分组织均匀一致性好。生产工艺流程短、生产成本低。通过合理的C、Y、Ce、Mn合金元素添加，起到了较好的脱氧脱氮脱硫效果。采用高真空精炼进一步减少了气体含量，提高合金的纯净度和热加工性。采用直接浇注扁坯→热轧的短工艺流程制备高强高韧镍基高温合金箔材，工艺简单，流程短，易操作，产品性能批次稳定性好，与传统工艺相比，减少了锻造开坯的工序，无需配备大型锻造设备，生产成本降低。

6)本发明提供的高强高韧镍基高温合金箔材的制备方法，适合于大批量工业生产高强高韧高平直镍基高温合金箔材，特别是厚度为0.05mm～0.25mm的高强高韧镍基高温合金箔材的制备加工。通过加工过程、箔材表面和板型控制，所制备箔材的塑性伸长率可达30～50％，箔材水平翘曲≤10mm/m，侧弯≤1mm/m，边部毛刺≤0.05mm，横向弯曲≤0.2mm，热收缩率≤0.03％，表面优于No.2D的表面加工等级。

附图说明

图1为合金典型显微组织形貌图。

具体实施方式

一种高强高韧镍基高温合金箔材，其化学元素质量百分数见表1：

表1化学成分(质量百分比，％)

合金	C	Cr	Al	Fe	Y	Ti	Mn	Ce	Si	B	Ni
												1	0.01	16	4	3	0.001	0.01	0.05	0.001	0.001	0.001	余
2	0.03	17	5	5	0.01	0.4	0.9	0.015	0.4	0.005	余
												3	0.05	18	6	7	0.02	0.8	2	0.03	0.8	0.01	余
4	0.02	17.5	5.5	6.5	0.001	0.7	1.5	0.001	0.6	0.001	余
												5	0.05	18	6	7	0.0015	0.8	2	0.03	0.8	0.01	余
6	0.04	16.5	4.5	5	0.015	0.5	1.4	0.008	0.005	0.008	余
												7	0.05	17.2	5.8	6.7	0.002	0.1	0.15	0.01	0.04	0.003	余
8	0.03	17.6	5.7	6.2	0.0012	0.6	1.1	0.002	0.7	0.007	余
												9	0.02	16.4	5.2	3	0.02	0.08	0.09	0.03	0.3	0.009	余
10	0.04	17.9	5.9	6.9	0.001	0.79	1.9	0.03	0.79	0.004	余
												11	0.03	17.5	5.4	6.4	0.002	0.6	1.6	0.02	0.6	0.008	余
12	0.05	17.4	5.6	6.8	0.001	0.7	1.8	0.018	0.8	0.006	余

实施例1

按照表1中的合金1～2所示成分配料，称取C、Cr、Al、Fe、Y、Ti、Mn、Ce、Si、B原材料，原材料Cr为纯净度99.99％的块状，原材料Fe为纯净度99.8％的块状，原材料Ni为纯净度99.99％的块状。将原材料C、Cr、Fe、Ni装入真空感应熔炼炉坩埚内，然后抽真空，当真空度达到2Pa时，以100KW低功率加热，排出炉料上附着的气体；当真空度达到0.5Pa时，以280KW功率化料，直到炉料完全熔化；炉料全部熔化后，升温至1590℃，高温精炼45分钟后停电结膜；而后以280KW大功率升温破膜，破膜后通过料斗加入Mn、Si、Al、Ti、C、B、Ce，并且均匀搅拌；合金二次精炼：继续升温，炉料温度在1570℃时精炼1分钟；炉温调至1500℃，进行浇注，直接浇注成尺寸为60mm*200mm*1000mm的扁坯；采用砂轮将扁坯进行表面精整，而后在1220℃进行热轧，热轧成带坯尺寸为4mm*200mm*1100mm；在1100℃对热轧带坯进行退火软化处理，保温60min，处理后表面进行精整；而后对表面精整后的热轧带坯进行冷轧、中间热处理和切边；开坯冷轧变形量为40％、中间冷轧变形量为30％、成品冷轧变形量为30％，热处理在纯氢气保护的光亮连续退火炉进行，温度为1000℃，保温时间为10分钟，喷氢量20立方/小时，直至加工成0.05mm厚箔材；最后进行箔材表面机械磨抛精整和板型矫正，机械抛磨首先采用粒度为500目的抛轮进行粗抛光，而后采用粒度为4000目的抛轮进行细抛光。以得到尺寸精度高、表面呈银白色金属光泽的高强高韧镍基高温合金箔材。

实施例2

按照表1中的合金3～4所示成分配料，称取C、Cr、Al、Fe、Y、Ti、Mn、Ce、Si、B原材料，原材料Cr为纯净度99.992％的块状，原材料Fe为纯净度99.85％的块状，原材料Ni为纯净度99.992％的块状。将原材料C、Cr、Fe、Ni装入真空感应熔炼炉坩埚内，然后抽真空，当真空度达到1Pa时，以80KW低功率加热，排出炉料上附着的气体；当真空度达到0.4Pa时，以285KW功率化料，直到炉料完全熔化；炉料全部熔化后，升温至1600℃，高温精炼40分钟后停电结膜；而后以285KW大功率升温破膜，破膜后通过料斗加入Mn、Si、Al、Ti、C、B、Ce，并且均匀搅拌；合金二次精炼：继续升温，炉料温度在1580℃时精炼1.5分钟；炉温调至1505℃，进行浇注，直接浇注成尺寸为70mm*250mm*1200mm的扁坯；采用砂轮将扁坯进行表面精整，而后在1230℃进行热轧，热轧成带坯尺寸为4.5mm*250mm*1200mm；在1130℃对热轧带坯进行退火软化处理，保温45min，处理后表面进行精整；而后对表面精整后的热轧带坯进行冷轧、中间热处理和切边；开坯冷轧变形量为50％、中间冷轧变形量为35％、成品冷轧变形量为20％，热处理在纯氢气保护的光亮连续退火炉进行，温度为1050℃，保温时间为7分钟，喷氢量30立方/小时，直至加工成0.25mm厚箔材；最后进行箔材表面机械磨抛精整和板型矫正，机械抛磨首先采用粒度为700目的抛轮进行粗抛光，而后采用粒度为3500目的抛轮进行细抛光。以得到尺寸精度高、表面呈银白色金属光泽的高强高韧镍基高温合金箔材。

实施例3

按照表1中的合金5～6所示成分配料，称取C、Cr、Al、Fe、Y、Ti、Mn、Ce、Si、B原材料，原材料Cr为纯净度99.995％的块状，原材料Fe为纯净度99.9％的块状，原材料Ni为纯净度99.992％的块状。将原材料C、Cr、Fe、Ni装入真空感应熔炼炉坩埚内，然后抽真空，当真空度达到1.5Pa时，以90KW低功率加热，排出炉料上附着的气体；当真空度达到0.3Pa时，以290KW功率化料，直到炉料完全熔化；炉料全部熔化后，升温至1610℃，高温精炼45分钟后停电结膜；而后以290KW大功率升温破膜，破膜后通过料斗加入Mn、Si、Al、Ti、C、B、Ce，并且均匀搅拌；合金二次精炼：继续升温，炉料温度在1590℃时精炼2分钟；炉温调至1510℃，进行浇注，直接浇注成尺寸为80mm*300mm*1500mm的扁坯；采用砂轮将扁坯进行表面精整，而后在1240℃进行热轧，热轧成带坯尺寸为5mm*300mm*1500mm；在1150℃对热轧带坯进行退火软化处理，保温30min，处理后表面进行精整；而后对表面精整后的热轧带坯进行冷轧、中间热处理和切边；开坯冷轧变形量为60％、中间冷轧变形量为40％、成品冷轧变形量为30％，热处理在纯氢气保护的光亮连续退火炉进行，温度为1100℃，保温时间为10分钟，喷氢量35立方/小时，直至加工成0.1mm厚箔材；最后进行箔材表面机械磨抛精整和板型矫正，机械抛磨首先采用粒度为1000目的抛轮进行粗抛光，而后采用粒度为4000目的抛轮进行细抛光。以得到尺寸精度高、表面呈银白色金属光泽的高强高韧镍基高温合金箔材。

实施例4

按照表1中的合金7～8所示成分配料，称取C、Cr、Al、Fe、Y、Ti、Mn、Ce、Si、B原材料，原材料Cr为纯净度99.995％的块状，原材料Fe为纯净度99.8％的块状，原材料Ni为纯净度99.992％的块状。将原材料C、Cr、Fe、Ni装入真空感应熔炼炉坩埚内，然后抽真空，当真空度达到2Pa时，以90KW低功率加热，排出炉料上附着的气体；当真空度达到0.3Pa时，以290KW功率化料，直到炉料完全熔化；炉料全部熔化后，升温至1610℃，高温精炼45分钟后停电结膜；而后以290KW大功率升温破膜，破膜后通过料斗加入Mn、Si、Al、Ti、C、B、Ce，并且均匀搅拌；合金二次精炼：继续升温，炉料温度在1590℃时精炼2分钟；炉温调至1510℃，进行浇注，直接浇注成尺寸为80mm*300mm*1500mm的扁坯；采用酸洗将扁坯进行表面精整，而后在1220℃进行热轧，热轧成带坯尺寸为4.5mm*300mm*1500mm；在1150℃对热轧带坯进行退火软化处理，保温30min，处理后表面进行精整；而后对表面精整后的热轧带坯进行冷轧、中间热处理和切边；开坯冷轧变形量为60％、中间冷轧变形量为40％、成品冷轧变形量为25％，热处理在纯氢气保护的光亮连续退火炉进行，温度为1100℃，保温时间为10分钟，喷氢量40立方/小时，直至加工成0.08mm厚箔材；最后进行箔材表面机械磨抛精整和板型矫正，机械抛磨首先采用粒度为1000目的抛轮进行粗抛光，而后采用粒度为3500目的抛轮进行细抛光。以得到尺寸精度高、表面呈银白色金属光泽的高强高韧镍基高温合金箔材。

实施例5

按照表1中的合金9～10所示成分配料，称取C、Cr、Al、Fe、Y、Ti、Mn、Ce、Si、B原材料，原材料Cr为纯净度99.995％的块状，原材料Fe为纯净度99.9％的块状，原材料Ni为纯净度99.992％的块状。将原材料C、Cr、Fe、Ni装入真空感应熔炼炉坩埚内，然后抽真空，当真空度达到1.0Pa时，以90KW低功率加热，排出炉料上附着的气体；当真空度达到0.4Pa时，以287KW功率化料，直到炉料完全熔化；炉料全部熔化后，升温至1610℃，高温精炼35分钟后停电结膜；而后以290KW大功率升温破膜，破膜后通过料斗加入Mn、Si、Al、Ti、C、B、Ce，并且均匀搅拌；合金二次精炼：继续升温，炉料温度在1580℃时精炼1分钟；炉温调至1500℃，进行浇注，直接浇注成尺寸为80mm*250mm*1500mm的扁坯；采用砂带将扁坯进行表面精整，而后在1220℃进行热轧，热轧成带坯尺寸为4.5mm*250mm*1500mm；在1150℃对热轧带坯进行退火软化处理，保温30min，处理后表面进行精整；而后对表面精整后的热轧带坯进行冷轧、中间热处理和切边；开坯冷轧变形量为60％、中间冷轧变形量为35％、成品冷轧变形量为25％，热处理在纯氢气保护的光亮连续退火炉进行，温度为1100℃，保温时间为8分钟，喷氢量20立方/小时，直至加工成0.15mm厚箔材；最后进行箔材表面机械磨抛精整和板型矫正，机械抛磨首先采用粒度为900目的抛轮进行粗抛光，而后采用粒度为3500目的抛轮进行细抛光。以得到尺寸精度高、表面呈银白色金属光泽的高强高韧镍基高温合金箔材。

实施例6

按照表1中的合金11～12所示成分配料，称取C、Cr、Al、Fe、Y、Ti、Mn、Ce、Si、B原材料，原材料Cr为纯净度99.995％的块状，原材料Fe为纯净度99.9％的块状，原材料Ni为纯净度99.995％的块状。将原材料C、Cr、Fe、Ni装入真空感应熔炼炉坩埚内，然后抽真空，当真空度达到0.8Pa时，以50KW低功率加热，排出炉料上附着的气体；当真空度达到0.2Pa时，以287KW功率化料，直到炉料完全熔化；炉料全部熔化后，升温至1610℃，高温精炼40分钟后停电结膜；而后以287KW大功率升温破膜，破膜后通过料斗加入Mn、Si、Al、Ti、C、B、Ce，并且均匀搅拌；合金二次精炼：继续升温，炉料温度在1580℃时精炼1分钟；炉温调至1500℃，进行浇注，直接浇注成尺寸为60mm*200mm*1500mm的扁坯；采用砂轮将扁坯进行表面精整，而后在1220℃进行热轧，热轧成带坯尺寸为5mm*200mm*1500mm；在1120℃对热轧带坯进行退火软化处理，保温40min，处理后表面进行精整；而后对表面精整后的热轧带坯进行冷轧、中间热处理和切边；开坯冷轧变形量为50％、中间冷轧变形量为35％、成品冷轧变形量为20％，热处理在纯氢气保护的光亮连续退火炉进行，温度为1070℃，保温时间为8分钟，喷氢量25立方/小时，直至加工成0.076mm厚箔材；最后进行箔材表面机械磨抛精整和板型矫正，机械抛磨首先采用粒度为1000目的抛轮进行粗抛光，而后采用粒度为4000目的抛轮进行细抛光。以得到尺寸精度高、表面呈银白色金属光泽的高强高韧镍基高温合金箔材。

Claims (5)

1.一种高强高韧镍基高温合金箔材，其特征在于，其化学元素质量百分数为：C：0.01～0.05％、Cr：16～18％、Al：4～6％、Fe：3～7％、Y：0.001～0.02％、Ti：0.01～0.8％、Mn：0.05～2％、Ce：0.001～0.03％、Si：0.001～0.8％、B：0.001～0.01％、W≤0.20％、Co≤0.10％、Mo≤0.10％、Zr≤0.03％，余量为Ni和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的箔材，其特征在于，所述不可避免的杂质中元素质量百分数，S、P的范围为：S≤0.005％、P≤0.005％，Pb、Sn、As、Sb和Bi五害元素中每一个元素≤0.0005％。

3.一种权利要求1所述高强高韧镍基高温合金箔材的制备方法，其特征在于，具体步骤及参数如下：

1)将原材料C、Cr、Fe、Ni装入真空感应熔炼炉坩埚内，然后抽真空，当真空度达到≤2Pa时，以≤100KW低功率加热，排出炉料上附着的气体；当真空度达到≤0.5Pa时，以280～290KW功率化料，直到炉料完全熔化；炉料全部熔化后，升温至1590～1610℃，高温精炼35～45分钟后停电结膜；而后以280～290KW大功率升温破膜，破膜后通过料斗加入Mn、Si、Al、Ti、C、B、Ce，并且均匀搅拌；合金二次精炼：继续升温，炉料温度在1570～1590℃时精炼1～2分钟；炉温调至1500～1510℃，进行浇注，直接浇注成尺寸为(60～80)mm*(200～300)mm*(1000～1500)mm的扁坯；

2)将扁坯进行表面精整，而后进行热轧，热轧加热温度为1220～1240℃，热轧成带坯尺寸为(4～5)mm*(200～300)mm*(＞1000mm)；

3)对热轧带坯进行退火软化处理，温度为1100～1150℃，时间为30～60min；处理后表面进行精整；而后对表面精整后的热轧带坯进行冷轧、中间热处理和切边，直到加工成所需要的箔材尺寸；开坯冷轧变形量为40～60％，中间冷轧变形量为30～40％，成品冷轧变形量为10～30％；热处理在纯氢气保护的光亮连续退火炉进行，温度为1000～1100℃，保温时间为5～10分钟，喷氢量≥20立方/小时；

4)最后进行箔材表面精整和板型矫正，表面精整为机械磨抛，首先采用粒度为500～1000目的抛轮进行粗抛光，而后采用粒度为3000～4000目的抛轮进行细抛光，得到尺寸精度高、表面呈银白色金属光泽的高强高韧镍基高温合金箔材。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤1)中所述原材料Cr为纯净度≥99.99％的块状，原材料Fe为纯净度≥99.8％的块状，原材料Ni为纯净度≥99.99％的块状。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤2)中所述表面精整为将扁坯用砂轮、砂带或酸洗进行修磨精整。

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