CN114888114A - 一种高强度gh3536合金小规格棒材的制备方法 - Google Patents

一种高强度gh3536合金小规格棒材的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公布了一种高强度GH3536合金小规格棒材的制备方法，具体包括：通过真空感应+保护气氛电渣两联熔炼、锻造、热轧和矫直制备产生，制备出的棒材直径在15mm‑100mm之间，该棒材抗拉强度大于720MPa，屈服强度大于290MPa。采用本发明制备的GH3536合金小规格棒材强度高、直径精确可控、表面质量优良，在航空工业、能源和石油化工等领域具有良好的应用前景。

Description

一种高强度GH3536合金小规格棒材的制备方法
技术领域
本发明涉及高温合金技术领域，具体为一种高强度GH3536合金小规格棒材的制备方法。
背景技术
高温合金作为我国重要的战略资源，拥有耐高温、耐磨、耐腐蚀、抗氧化等优良性能，广泛地应用在航空、航天、石油、舰船、化工和电力等领域。高温合金按照合金的主要元素可以分为铁基高温合金、镍基高温合金以及钴基高温合金；按产品系列又可以分为变形高温合金、铸造高温合金、铸造高温合金和新型高温合金。随着我国航空航天产业在先进发动机、燃气轮机、核电设备等领域工艺上的突破，市场对高端和新型高温合金的需求正在逐年增加。
本发明研制了一种高强度的小规格GH3536高温合金棒材，该合金属于镍基固溶强化型变形高温合金，在900℃以下具有中等的持久、蠕变强度，以及良好的耐腐蚀性能和焊接性能。适用于制造服役于900℃以下的航空发动机燃烧室等部件，短时使用的工作温度可达1080℃。合金在航空发动机上获得了极为广泛的应用，主要用于制造燃烧室部件、蜂窝结构、扩散器、尾喷口和其他热端部件。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种高强度GH3536合金小规格棒材的制备方法，以解决上述背景技术中的问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高强度GH3536合金小规格棒材的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1、熔炼：采用真空感应熔炼炉制备规格为Φ350mm的感应电极，电极经退火和打磨后，采用保护气氛电渣炉进行电极重熔，选用合适的渣系通过控制电流和电压有效的去除氧化物夹杂，降低S元素等有害物，抑制元素的烧损，最终获得致密的规格为Φ400～Φ600mm之间的铸锭；
步骤2、锻造：锻造温度在1100℃～1200℃之间，始锻温度在1000℃～1100℃之间，终锻温度在850℃～1000℃之间，保温时间依据合金厚度按不超过1.5min/mm设定，采用4-6火次镦拔锻造，锻造后的合金为直径在120～160mm之间的棒坯；
步骤3、热轧：对锻造后的合金进行热轧，热轧温度在1100℃～1200℃之间，始轧温度在1000℃～1100℃之间，终轧温度在850℃～1000℃之间，保温时间依据合金厚度按不超过1.5min/mm设定，采用2～4火次轧制，每火次变形量在30％～80％之间，总变形量在50％～99％之间，火次热轧后的合金为直径在7mm～100mm之间的棒材；
步骤4、矫直：将热轧后的合金棒材进行在线矫直，即可得高强度GH3536合金小规格棒材。
优选地，所述步骤2中当采用4火次锻造时，每火次加工率在30％～50％之间；采用5火次锻造时，每火次加工率在20％～45％之间；采用6火次锻造时，每火次加工率在20％～35％之间。
优选地，所述步骤4中矫直后棒材的直线度小于3mm/m，径缩小于0.15mm。
优选地，所述高强度GH3536合金小规格棒材的成分及其重量百分比为：C0.05～0.15％、Cr20.50～0.15％、Co0.50～2.50％、W0.20～1.00％、Mo8.00～10.00％、Al0～0.50％、Ti0～0.15％、Fe17.00～20.00％、B0～0.010％、Mn0～1.00％、Si0～1.00％、P0～0.025％、S0～0.015％、Cu0～0.50％以及余量的Ni。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明制造的GH3536合金小规格棒材是以金属Ni为作为合金基体，分别加入Fe、Cr和Mo等合金元素，经过真空感应+保护气氛电渣两联熔炼、锻造、热轧和矫直而成的合金棒材。本发明制备的GH3536合金棒材的规格在Φ7-Φ100mm之间，抗拉强度超过720MPa，屈服强度超过290MPa，直线度小于3mm/m，表面粗糙度小于等于3.2微米。
具体实施方式
为了使本发明的技术手段、创作特征、工作流程、使用方法达成目的与功效易于明白了解，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例中室温拉伸试验采用GB/T 228.1-2010标准于室温进行。
实施例1
(1)熔炼
采用真空感应熔炼炉制备规格为Φ350mm的感应电极，电极经退火和打磨后，采用保护气氛电渣炉进行电极重熔，熔炼过程电脑自动控制，可直接调入固化参数，保证熔炼过程中参数的一致性和稳定性。同时需选用合适的渣系通过控制电流和电压可以有效的去除氧化物夹杂，降低S元素等有害物，抑制元素的烧损，最终获得致密的规格为Φ435mm的铸锭。
(2)锻造
将步骤(1)所得铸锭用带锯切掉头尾成分风险区域，在快锻机上进行镦拔锻造，该锻造设备结构形式为上压式双柱快锻机，配有两台25吨操作机，可以实现压机与操作机的联动。在上述锻造设备上进行锻造时，为抑制开裂，采用反复镦拔和降温锻造的加工工艺进行锻造，锻造温度为1140℃，始锻温度为1033℃，终锻温度为920℃，保温时间依据合金厚度按不超过1.5min/mm设定，采用5火次镦拔锻造，锻造后的合金为直径150mm的棒坯，每火次加工率在20％～45％之间。
(3)热轧
用砂轮锯或带锯切掉步骤(2)所产生的烂头，用自动打磨机将表面氧化皮和微裂纹清理干净。采用横列式轧机进行轧制，热轧温度为1100℃，始轧温度为1020℃，终轧温度为890℃，保温时间依据合金厚度按不超过1.5min/mm设定，采用4火次轧制，每火次变形量在40％～75％之间，总变形量为99％，热轧后的合金为直径17mm的棒材。
(4)矫直
将热轧后的合金棒材进行在线矫直，矫直后棒材的直线度小于3mm/m，径缩小于0.15mm。
(5)试样热处理
对热轧后的棒材在相当于铸锭头尾位置处取样，所取试样经过1175℃/20min，AC热处理后，机加成标准拉伸试样，随后在电子万能拉伸试验机上测试室温拉伸强度，其室温拉伸性能结果如表1所示。
表1实施例1所制备的Φ17mm规格GH3536棒材室温拉伸性能
项目/测试位置 抗拉强度/MPa 屈服强度/MPa 延伸率/MPa
头部 729 298 54.0
尾部 738 302 53.0
实施例2
(1)熔炼
采用真空感应熔炼炉制备规格为Φ350mm的感应电极，电极经退火和打磨后，采用保护气氛电渣炉进行电极重熔，熔炼过程电脑自动控制，可直接调入固化参数，保证熔炼过程中参数的一致性和稳定性。同时需选用合适的渣系通过控制电流和电压可以有效的去除氧化物夹杂，降低S元素等有害物，抑制元素的烧损，最终获得致密的规格为Φ435mm的铸锭。
(2)锻造
将步骤(1)所得铸锭用带锯切掉头尾成分风险区域，在快锻机上进行镦拔锻造，该锻造设备结构形式为上压式双柱快锻机，配有两台25吨操作机，可以实现压机与操作机的联动。在上述锻造设备上进行锻造时，为抑制开裂，采用反复镦拔和降温锻造的加工工艺进行锻造，锻造温度为1150℃，始锻温度为1058℃，终锻温度为960℃，保温时间依据合金厚度按不超过1.5min/mm设定，采用4火次镦拔锻造，锻造后的合金为直径160mm的棒坯。采用4火次锻造，每火次加工率在30％～50％之间。
(3)热轧
用带锯切掉步骤(2)所产生的烂头，用自动打磨机将表面氧化皮和微裂纹清理干净。采用横列式轧机进行轧制，热轧温度为1120℃之间，始轧温度为1050℃，终轧温度为920℃，保温时间依据合金厚度按不超过1.5min/mm设定，采用4火次轧制，每火次变形量在30％～80％之间，总变形量为96％，热轧后的合金为直径34mm的棒材。
(4)矫直
将热轧后的合金棒材进行在线矫直，矫直后棒材的直线度小于3mm/m，径缩小于0.15mm。
(5)试样热处理
对热轧后的棒材在相当于铸锭头尾位置处取样，所取试样经过1175℃/20min，AC热处理后，机加成标准拉伸试样，随后在电子万能拉伸试验机上测试室温拉伸强度，其室温拉伸性能结果如表2所示。
表2实施例2所制备的Φ34mm规格GH3536棒材室温拉伸性能
Figure BDA0003559295210000071
实施例3
(1)熔炼
采用真空感应熔炼炉制备规格为Φ350mm的感应电极，电极经退火和打磨后，采用保护气氛电渣炉进行电极重熔，熔炼过程电脑自动控制，可直接调入固化参数，保证熔炼过程中参数的一致性和稳定性。同时需选用合适的渣系通过控制电流和电压可以有效的去除氧化物夹杂，降低S元素等有害物，抑制元素的烧损，最终获得致密的规格为Φ435mm的铸锭。
(2)锻造
将步骤(1)所得铸锭用带锯切掉头尾成分风险区域，在快锻机上进行镦拔锻造，该锻造设备结构形式为上压式双柱快锻机，配有两台25吨操作机，可以实现压机与操作机的联动。在上述锻造设备上进行锻造时，为抑制开裂，采用反复镦拔和降温锻造的加工工艺进行锻造，锻造温度为1180℃之间，始锻温度为1090℃，终锻温度为1010℃，保温时间依据合金厚度按不超过1.5min/mm设定，采用6火次镦拔锻造，锻造后的合金为直径120mm的棒坯，每火次加工率在20％～35％之间。
(3)热轧
用砂轮锯切掉步骤(2)所产生的烂头，用自动打磨机或吊挂机或车床将表面氧化皮和微裂纹清理干净。采用横列式轧机进行轧制，热轧温度为1140℃，始轧温度为1080℃，终轧温度为940℃，保温时间依据合金厚度按不超过1.5min/mm设定，采用2火次轧制，每火次变形量在40％～70％之间，总变形量为80％，热轧后的合金为直径53mm的棒材。
(4)矫直
将热轧后的合金棒材进行在线矫直，矫直后棒材的直线度小于3mm/m，径缩小于0.15mm。
(5)试样热处理
对热轧后的棒材在相当于铸锭头尾位置处取样，所取试样经过1175℃/20min，AC热处理后，机加成标准拉伸试样，随后在电子万能拉伸试验机上测试室温拉伸强度，其室温拉伸性能结果如表3所示。
表3实施例3所制备的Φ53mm规格GH3536棒材室温拉伸性能
Figure BDA0003559295210000081
Figure BDA0003559295210000091
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明的要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种高强度GH3536合金小规格棒材的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1、熔炼：采用真空感应熔炼炉制备规格为Φ350mm的感应电极，电极经退火和打磨后，采用保护气氛电渣炉进行电极重熔，选用合适的渣系通过控制电流和电压有效的去除氧化物夹杂，降低S元素等有害物，抑制元素的烧损，最终获得致密的规格为Φ400～Φ600mm之间的铸锭；
步骤2、锻造：锻造温度在1100℃～1200℃之间，始锻温度在1000℃～1100℃之间，终锻温度在850℃～1000℃之间，保温时间依据合金厚度按不超过1.5min/mm设定，采用4-6火次镦拔锻造，锻造后的合金为直径在120～160mm之间的棒坯；
步骤3、热轧：对锻造后的合金进行热轧，热轧温度在1100℃～1200℃之间，始轧温度在1000℃～1100℃之间，终轧温度在850℃～1000℃之间，保温时间依据合金厚度按不超过1.5min/mm设定，采用2～4火次轧制，每火次变形量在30％～80％之间，总变形量在50％～99％之间，火次热轧后的合金为直径在7mm～100mm之间的棒材；
步骤4、矫直：将热轧后的合金棒材进行在线矫直，即可得高强度GH3536合金小规格棒材。
2.根据权利要求1所述的一种高强度GH3536合金小规格棒材的制备方法，其特征在于：所述步骤2中当采用4火次锻造时，每火次加工率在30％～50％之间；采用5火次锻造时，每火次加工率在20％～45％之间；采用6火次锻造时，每火次加工率在20％～35％之间。
3.根据权利要求1所述的一种高强度GH3536合金小规格棒材的制备方法，其特征在于：所述步骤4中矫直后棒材的直线度小于3mm/m，径缩小于0.15mm。
4.根据权利要求1所述的一种高强度GH3536合金小规格棒材的制备方法，其特征在于：所述高强度GH3536合金小规格棒材的成分及其重量百分比为：C0.05～0.15％、Cr20.50～0.15％、Co0.50～2.50％、W0.20～1.00％、Mo8.00～10.00％、Al0～0.50％、Ti0～0.15％、Fe17.00～20.00％、B0～0.010％、Mn0～1.00％、Si0～1.00％、P0～0.025％、S0～0.015％、Cu0～0.50％以及余量的Ni。
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CN116987917A (zh) * 2023-09-28 2023-11-03 西安钢研功能材料股份有限公司 一种航空用镍基高温合金箔材的制备方法

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