CN112481566B - 一种镍基合金板材热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种镍基合金板材热处理方法，包括以下步骤：(1)将镍基合金铸锭制成坯料，对坯料进行轧制，得到宽度是1000mm‑2500mm的板材；(2)根据成品板材厚度，在950℃‑1040℃温度范围内对板材进行固溶热处理，固溶热处理的时间不超过50min。采用本发明的镍基合金板材热处理方法，可消除镍基合金板材力学性能不合格或者强度过高等问题，考虑尺寸效应的影响，可以根据成品板规格合理的选择热处理工艺，从而实现优异的综合性能。
Description
技术领域
本发明涉及合金加工处理技术领域，具体地，本发明涉及一种镍基合金板材热处理方法。
背景技术
镍基合金具有高的室温和高温强度、良好的抗氧化和耐腐蚀性能，广泛应用于石油化工、能源、机械、环保等行业，是经济建设和国防军工不可或缺的一类极其重要的材料。镍基合金板材生产工艺流程长、质量要求高、工艺控制要求复杂。镍基合金板材由于服役条件极其苛刻，因此对于其综合性能要求极高。在镍基合金板材生产过程中，由于其对热处理工艺比较敏感，经常出现混晶、力学性能不合或者强度过高等问题，并且板材的尺寸效应对热处理工艺影响较大，采用传统的热处理经验经常出现性能不合问题。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种镍基合金板材热处理方法，采用该方法，可以更加准确的控制镍基合金板材的综合力学性能。
本发明的技术方案具体如下：
一种镍基合金板材热处理方法，包括以下步骤：
(1)将镍基合金铸锭制成坯料，对坯料进行轧制，得到宽度是1000mm-2500mm的板材；
(2)根据成品板材厚度，在950℃-1040℃温度范围内对板材进行固溶热处理，固溶热处理的时间不超过50min。
可选地，成品板材厚度＜15mm，固溶热处理的温度是1010℃-1040℃，固溶热处理的时间按照每1mm板材厚度4min计算。
可选地，当板材宽度是1000mm时，固溶热处理的温度是1040℃；当板材宽度是2500mm时，固溶热处理的温度是1010℃；当1000mm＜板材宽度＜2500mm时，板材宽度每增加250mm，固溶热处理的温度降低5℃。
可选地，15mm≤成品板材厚度＜35mm，固溶热处理的温度是980℃-1010℃，固溶热处理的时间是40min。
可选地，当板材宽度是1000mm时，固溶热处理的温度是1010℃；当板材宽度是2500mm时，固溶热处理的温度是980℃；当1000mm＜板材宽度＜2500mm时，板材宽度每增加250mm，固溶热处理的温度降低5℃。
可选地，成品板材厚度≥35mm，固溶热处理的温度是950℃-980℃，固溶热处理的时间是50min。
可选地，当板材宽度是1000mm时，固溶热处理的温度是980℃；当板材宽度是2500mm时，固溶热处理的温度是950℃；当1000mm＜板材宽度＜2500mm时，板材宽度每增加250mm，固溶热处理的温度降低5℃。
可选地，所述镍基合金是牌号为N06625的镍基合金。
可选地，在步骤(1)中，所述镍基合金铸锭采用VIM+ESR或VIM+VAR方法冶炼获得。
可选地，在步骤(1)中，对坯料进行轧制时，坯料加热温度范围是1180℃-1200℃，终轧温度≥880℃。
相比于现有技术，本发明的技术方案至少具有如下有益效果：
采用本发明的镍基合金板材热处理方法，可消除镍基合金板材力学性能不合格或者强度过高等问题，考虑尺寸效应的影响，可以根据成品板规格合理的选择热处理工艺，从而实现优异的综合性能。
具体实施方式
为了充分了解本发明的目的、特征及功效，通过下述具体实施方式，对本发明作详细说明。本发明的工艺方法除下述内容外，其余均采用本领域的常规方法或装置。下述名词术语除非另有说明，否则均具有本领域技术人员通常理解的含义。
针对目前镍基合金板材热处理过程中存在的各种问题，本发明的发明人通过研究，创造性的提出了一种专门针对牌号是N06625高端镍基合金研发的镍基合金板材热处理方法。采用本发明的镍基合金板材热处理方法，可消除镍基合金板材力学性能不合格或者强度过高等问题，实现优异的综合性能。
在本发明中，牌号是N06625高端镍基合金板材标准成分控制范围为：
表1
成分控制标准参照ASME SB443。
作为一种优选的实施方案，本发明的镍基合金板材热处理方法具体包括以下步骤：
(1)坯料的制备与轧制
首先应当冶炼镍基合金铸锭。为了保证合金的冶金纯净度，合金应采用VIM+ESR(真空感应冶炼+电渣重熔)或者VIM+VAR(真空感应冶炼+真空自耗)方法冶炼。至于真空感应冶炼、电渣重熔和真空自耗的各自的具体操作过程，本领域技术人员可以在实际生产中根据需要进行合理选择，在此不做赘述。
获得镍基合金铸锭之后，使用压机对铸锭进行锻造开坯，对铸态组织进行破碎。同时获得符合轧机轧制所需尺寸合适的矩形坯料。对矩形坯料进行表面修磨，确保无任何缺陷，最终得到的矩形坯料的厚度应控制在180mm-220mm之间。
然后，对坯料进行轧制，坯料加热温度控制在1180-1200℃，终轧温度≥880℃。在轧制过程中，总轧制道次数介于10-16次之间，单道次压下率介于8-20％之间。
(2)固溶热处理
考虑尺寸效应的影响，综合考虑厚度与宽度的影响，针对不同成品板规格来选择不同的热处理工艺，具体如下：
(1)当成品板材厚度＜15mm，成品板材宽度介于1000-2500mm，固溶热处理温度选择1010-1040℃之间。当板材宽度1000mm时，选择上限温度(即1040℃)，板材宽度2500mm时，选择下限温度(即1010℃)。当板材宽度介于1000-2500mm时，板材宽度每增加250mm，固溶热处理温度降低5℃。固溶时间按照每1mm板材厚度4min计算，即，固溶时间(分钟)＝板材厚度(毫米)×4分钟。
(2)当15mm≤成品板材厚度＜35mm时，成品板材宽度介于1000-2500mm，固溶热处理温度选择980-1010℃之间。当板材宽度1000mm时，选择上限温度(即1010℃)，板材宽度2500mm时，选择下限温度(980℃)。当板材宽度介于1000-2500mm时，板材宽度每增加250mm，固溶热处理温度降低5℃。固溶时间按照40min计算。
(3)当成品板材厚度≥35mm时，成品板材宽度介于1000-2500mm，固溶热处理温度选择950-980℃之间。当板材宽度1000mm时，选择上限温度(即980℃)，板材宽度2500mm时，选择下限温度(即950℃)。当板材宽度介于1000-2500mm时，板材宽度每增加250mm，温度降低5℃。固溶时间按照50min计算。
板材厚度范围的选择主要是基于轧制总压缩比对成品板材组织及性能的影响考量。轧制压缩比越大(板材厚度15mm时，总压缩比大于12；板材厚度15-35mm时，总压缩比介于12-6之间；板材厚度≥35mm时，总压缩比小于6)。轧制压缩比越大，变形过程引入的形变储能越多，组织相对细小，后期热处理时组织发生静态再结晶及晶粒生长所需要的激活能偏大，与之相对应的，其后期成品板固溶热处理温度偏高。
在成品板材厚度相同(压缩比相同)的条件下，板材宽度变化对固溶温度的选择主要是考虑轧制过程的影响。当成品板材宽度较窄时，坯料轧制时采用直接纵轧就可以实现，对应的总轧制时间较短，因此轧制过程中变形组织发生静态再结晶的时间较短，晶粒相对细小，与之相对应的后期固溶热处理温度就应该偏高。当成品板材宽度较宽时，采用展宽+纵轧组合方式轧制，轧制时间长，轧制过程中变形组织发生静态再结晶的时间较长，晶粒相对粗大，与之相对应的后期固溶热处理温度就应该偏低。
实施例
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
下述实施例中的镍基合金的元素组成如下：
表2
下述实施例中各参数的检测方法如下：
屈服强度：根据ASTM A370进行检测。
抗拉强度：根据ASTM A370进行检测。
伸长率：根据ASTM A370进行检测。
实施例1
采用VIM+ESR工艺获得镍基合金铸锭，其实际成分见上表。铸锭经锻造开坯获得板坯料，坯料表面全部修磨，消除肉眼可见缺陷。坯料加热温度1180℃，终轧温度900℃，成品板尺寸20×1900×6500mm(即厚度×宽度×长度)。选择热处理工艺为固溶热处理温度990℃，固溶热处理时间40min。获得板材力学性能为：屈服强度＝421Mpa、抗拉强度＝822Mpa、伸长率＝61％，满足标准要求(标准要求：屈服强度≥379Mpa、抗拉强度≥758Mpa、伸长率≥30％)。
实施例2
采用VIM+ESR工艺获得镍基合金铸锭，其实际成分见上表。铸锭经锻造开坯获得板坯料，坯料表面全部修磨，消除肉眼可见缺陷。坯料加热温度1190℃，终轧温度910℃，成品板尺寸10×1600×6000mm(即厚度×宽度×长度)。选择热处理工艺为固溶热处理温度1025℃，固溶热处理时间40min。获得板材力学性能为：屈服强度＝448Mpa、抗拉强度＝835Mpa、伸长率＝62％，满足标准要求(标准要求：屈服强度≥379Mpa、抗拉强度≥758Mpa、伸长率≥30％)。
实施例3
采用VIM+ESR工艺获得镍基合金铸锭，其实际成分见上表。铸锭经锻造开坯获得板坯料，坯料表面全部修磨，消除肉眼可见缺陷。坯料加热温度1180℃，终轧温度930℃，成品板尺寸40×1500×4000mm(即厚度×宽度×长度)。选择热处理工艺为固溶热处理温度970℃，固溶热处理时间50min。获得板材力学性能为：屈服强度＝411Mpa、抗拉强度＝809Mpa、伸长率＝64％，满足标准要求(标准要求：屈服强度≥379Mpa、抗拉强度≥758Mpa、伸长率≥30％)。
从实施例1至实施例3的板材力学性能数据可以看出，采用本发明的固溶热处理对板材进行处理之后，获得的板材的力学性能不仅能够满足标准要求，而且还显著优于标准要求。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的替代、修饰、组合、改变、简化等，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种镍基合金板材热处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将镍基合金铸锭制成坯料，对坯料进行轧制，得到宽度是1000mm-2500mm的板材；
(2)根据成品板材厚度，按照以下方式对板材进行固溶热处理：
①成品板材厚度＜15mm，固溶热处理的温度是1010℃-1040℃，固溶热处理的时间按照每1mm板材厚度4min计算；当板材宽度是1000mm时，固溶热处理的温度是1040℃；当板材宽度是2500mm时，固溶热处理的温度是1010℃；当1000mm＜板材宽度＜2500mm时，板材宽度每增加250mm，固溶热处理的温度降低5℃；
②15mm≤成品板材厚度＜35mm，固溶热处理的温度是980℃-1010℃，固溶热处理的时间是40min；当板材宽度是1000mm时，固溶热处理的温度是1010℃；当板材宽度是2500mm时，固溶热处理的温度是980℃；当1000mm＜板材宽度＜2500mm时，板材宽度每增加250mm，固溶热处理的温度降低5℃；
③成品板材厚度≥35mm，固溶热处理的温度是950℃-980℃，固溶热处理的时间是50min；当板材宽度是1000mm时，固溶热处理的温度是980℃；当板材宽度是2500mm时，固溶热处理的温度是950℃；当1000mm＜板材宽度＜2500mm时，板材宽度每增加250mm，固溶热处理的温度降低5℃；
其中，所述镍基合金是牌号为N06625的镍基合金。
2.根据权利要求1所述的镍基合金板材轧制方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述镍基合金铸锭采用VIM+ESR或VIM+VAR方法冶炼获得。
3.根据权利要求1所述的镍基合金板材轧制方法，其特征在于，在步骤(1)中，对坯料进行轧制时，坯料加热温度范围是1180℃-1200℃，终轧温度≥880℃。
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