CN114918271A - 一种gh4169高温合金热轧棒坯及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种GH4169高温合金热轧棒坯制备方法，具体包括以下内容：经过真空感应熔炼+电渣重熔+真空自耗重熔的三联冶炼工艺冶炼的GH4169高温合金铸锭；铸锭在天然气炉进行高温均匀化热处理；铸锭在快锻机进行5～7火次拔长开坯锻造，连续回炉；对开坯后的坯料保温后进行首次轧制，轧制完成后坯料直径为50～60mm，轧制完成后空冷；首次轧制完成后的坯料保温后进行1火次轧制大变形，第二次轧制完成后坯料直径为16～20mm，轧制完成后空冷。本方法采用真空感应熔炼+电渣重熔+真空自耗重熔的三联冶炼工艺冶炼GH4169高温合金铸锭，棒坯横截面上成分均匀，有害杂质元素含量小。

Description

一种GH4169高温合金热轧棒坯及其制备方法
技术领域
本发明涉及有色金属加工技术领域，具体为一种GH4169高温合金热轧棒坯及其制备方法。
背景技术
GH4169合金是国内外应用最广泛的变形高温合金，合金年产量超过两万吨，占据变形高温合金总产量的50％。GH4169合金是一种 Ni-Cr-Fe基高温合金，合金在-253℃直至650℃都具有良好的综合性能，是我国新型航空发动机中不可或缺的材料。该合金具有优异的力学性能、良好的加工性和焊接性，使其得到了航空发动机设计者的极大青睐。我国发动机中使用GH4169合金制造的零件达到260余种，其中关键的盘锻件的种类就多达11种，GH4169合金零件占发动机总重量的30％以上。
相比于其他镍基高温合金，GH4169合金中Nb含量多达50wt.％以上，强化相多，主要强化相有γ’相、γ”、δ、NbC相，合金在加热与热加工过程中强化相不断的溶解与析出，影响合金的再结晶进程，从而影响晶粒组织及性能。随着现代航空发动机性能要求不断提高，推重比不断增大，单纯的锻造成形工艺已不能完全满足航空工业发展的要求。锻造能使金属获得其他金属加工工艺无法超越的综合力学性能，而轧制又可以获得较好的成形件表面。均匀的8级左右的晶粒度，适量的δ相呈颗粒状或短棒状在晶界弥散分布的GH4169合金具有良好的综合性能。普通的锻造热加工方式难以达到这一苛刻的要求。因此，使用自由锻+轧制工艺生产的GH4169合金小棒坯，为GH4169 的性能提高提供了一种新思路。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种GH4169高温合金热轧棒坯及其制备方法，采用真空感应熔炼+电渣重熔+真空自耗重熔的三联冶炼工艺冶炼GH4169高温合金铸锭，通过锻造和轧制工艺设计，退火与均匀化设计和锻造、轧制工艺设计，制备规格为Φ16～Φ20mm，探伤水平不低于Φ0.8-8dB，中心至边缘均匀的组织，晶粒度细于8 级，无缺口持久敏感的合格GH4169合金轧制棒坯，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 GH4169高温合金热轧棒坯制备方法，具体包括以下步骤：
(1)经过真空感应熔炼+电渣重熔+真空自耗重熔的三联冶炼工艺冶炼的GH4169高温合金铸锭，铸锭直径为480mm～600mm；
(2)铸锭在天然气炉进行高温均匀化热处理；
(3)经过均匀化热处理后的铸锭在80MN快锻机进行5～7火次拔长开坯锻造，开坯温度为1100℃～1140℃，连续回炉，每火次变形量10％～50％；
(4)对开坯后的坯料在1100℃～1140℃下保温后进行首次轧制即2火次连续回炉轧制，每火次变形量60％～75％，轧制完成后坯料直径为50mm～60mm，轧制完成后空冷；
(5)首次轧制完成后的坯料在1040℃～1060℃下保温后进行1 火次轧制大变形，变形量85％～95％，第二次轧制完成后坯料直径为 16～20mm，轧制完成后空冷，即可得GH4169高温合金热轧棒坯。
优选地，所述步骤(2)中高温均匀化热处理的具体内容为：对铸锭进行加热，加热至650℃，保温系数为0.6min/mm，随后以2℃～6℃/min的加热速度升温至1140℃～1160℃，保温时间≥24h，随后以 2℃～6℃/min的加热速度升温至1180℃～1200℃，保温时间为≥48h，保温结束炉冷至650℃，随后空冷。
优选地，所述步骤(4)中坯料在1100℃～1140℃下保温的具体方法为：对冷料锻坯进行加热，加热至850℃，保温系数为0.6min/mm，随后以5℃～8℃/min的加热速度升温至1100℃～1150℃，保温系数为 0.6min/mm；连续回炉热料保温系数为0.4min/mm。
优选地，所述步骤(5)中首次轧制完成后的坯料在1040℃～1060℃下保温的具体方法为：对冷料首次轧制后坯料进行加热，加热至850℃，保温系数为1min/mm，随后以5℃～8℃/min的加热速度升温至 1040℃～1060℃，保温系数为1min/mm。
优选地，所述步骤(5)中第二次轧制完成后所得GH4169高温合金热轧棒坯的室温拉伸强度值为1400MPa～1500MPa，室温拉伸延伸率为22％～24％，室温拉伸断面收缩率为：45％～50％，650℃高温拉伸强度为1150MPa～1190MPa，650℃高温拉伸延伸率为30％～39％， 650℃高温断面收缩率为37％～65％。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)采用真空感应熔炼+电渣重熔+真空自耗重熔的三联冶炼工艺冶炼GH4169高温合金铸锭，经过均匀化与自由锻，棒坯横截面上成分均匀，有害杂质元素含量小。
(2)通过对轧制过程的控制，增加了在高温火次进行两次大变形的热轧工艺，并且变形过程中，迅速对坯料进行大变形，将Φ16mm～Φ20mm规格棒坯晶粒度控制在8～10级，且晶粒分布均匀，提高了大棒坯的组织均匀性。
(3)实现了GH4169合金的性能稳定，室温拉伸强度值为 1400MPa～1500MPa，室温拉伸延伸率为22％～24％，室温拉伸断面收缩率为：45％～50％，650℃高温拉伸强度为1150MPa～1190MPa，650℃高温拉伸延伸率为30％～39％，650℃高温断面收缩率为37％～65％。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为Φ16mm棒坯边缘100×的高倍组织；
图2为Φ16mm棒坯R/2 100×的高倍组织。
图3为Φ16mm棒坯心部100×的高倍组织。
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，及进行非创造性的扩展而得出的其它结论，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ASTM E 8/E 8M标准于室温进行。
发明实施例中高温拉伸试验采用ASTM E 21国家标准于650℃高温下保温30min后进行。
发明实施例中晶粒度评级采用ASTM E 112标准，在棒坯中心、 R/2、边缘分别取样腐蚀后于金相显微镜观察组织。
实施例1
采用真空感应熔炼+电渣重熔+真空自耗重熔工艺冶炼的GH4169合金铸锭直径为490mm，铸锭均匀化工艺如下：加热至650℃，保温300min，随后以6℃/min的加热速度升温至1150℃，保温时间 24h，随后以6℃/min的加热速度升温至1195℃，保温时间为48h，保温结束炉冷至650℃，随后空冷；
铸锭在1100℃下保温后开坯，开坯锻造共5火，变形设置如下：Φ490×1060→八方420×1365→八方340×2080→八方270×3300，物料进行剁切后继续锻造，八方270×1650→八方210×2728→Φ160×4965，每火次变形量分别为：22％，35％，37％， 39％，41％，完成后空冷，坯料扒皮至Φ150×L。
坯料在1140℃保温后进行2火次轧制变形，设置如下：Φ 150mm×L→90×75×L→Φ53mm×L，单火次变形量分别为70％、58％，完成后空冷。
坯料在1040℃下保温后进行1火次轧制变形，设置如下：Φ 53mm×L→Φ16mm×L：单火次变形量分别为91％，完成后空冷。
成品棒坯的晶粒度按ASTM E 112评级中心、R/2为8.5级，边缘为10级，具体性能参数如表1所示。
实施例2
采用真空感应熔炼+电渣重熔+真空自耗重熔工艺冶炼的 GH4169合金铸锭直径为530mm，铸锭均匀化工艺如下：加热至650℃，保温300min，随后以6℃/min的加热速度升温至1160℃，保温时间 28h，随后以6℃/min的加热速度升温至1190℃，保温时间为54h，保温结束炉冷至650℃，随后空冷；
铸锭在1120℃下保温后开坯，开坯锻造共6火，变形设置如下：Φ530×1060→八方440×1240→八方400×1505→八方350×1965→八方270×3300，物料进行剁切后继续锻造，八方270×1650→八方 210×2728→Φ160×4965，每火次变形量分别为：15％，17％，23％， 40％，40％，41％完成后空冷，坯料扒皮至Φ150×L。
坯料在1130℃保温后进行2火次轧制变形，设置如下：Φ 150mm×L→95×65×L→Φ53mm×L，单火次变形量分别为73％、55％，完成后空冷。
坯料在1060℃下保温后进行1火次轧制变形，设置如下：Φ 53mm×L→Φ18mm×L：单火次变形量分别为88％，完成后空冷，所得棒坯的高倍组织如图1-图3所示。
成品棒坯的晶粒度按ASTM E 112评级中心、R/2为8级，边缘为9.5级，具体性能参数如表1所示。
实施例3
铸锭在1140℃下保温后开坯，开坯锻造共7火，变形设置如下：Φ490×1060→八方440×1240→八方400×1505→八方350×1965→八方270×3300，物料进行剁切后继续锻造，八方270×1650→八方 240×2085→八方210×2725→Φ160×4965，每火次变形量分别为：15％， 17％，23％，21％，21％，23％，45％，完成后空冷，坯料扒皮至Φ150×L。
坯料在1100℃保温后进行2火次轧制变形，设置如下：Φ 150mm×L→90×70×L→Φ53mm×L，单火次变形量分别为72％、56％，完成后空冷。
坯料在1050℃下保温后进行1火次轧制变形，设置如下：Φ 53mm×L→Φ20mm×L：单火次变形量分别为86％，完成后空冷。
成品棒坯的晶粒度按ASTM E 112评级中心、R/2为9级，边缘为10级，具体性能参数如表1所示。
表1
Figure RE-GDA0003735776300000081
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 (5)

1.一种GH4169高温合金热轧棒坯制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)经过真空感应熔炼+电渣重熔+真空自耗重熔的三联冶炼工艺冶炼的GH4169高温合金铸锭，铸锭直径为480mm～600mm；
(2)铸锭在天然气炉进行高温均匀化热处理；
(3)经过均匀化热处理后的铸锭在80MN快锻机进行5～7火次拔长开坯锻造，开坯温度为1100℃～1140℃，连续回炉，每火次变形量10％～50％；
(4)对开坯后的坯料在1100℃～1140℃下保温后进行首次轧制即2火次连续回炉轧制，每火次变形量60％～75％，轧制完成后坯料直径为50mm～60mm，轧制完成后空冷；
(5)首次轧制完成后的坯料在1040℃～1060℃下保温后进行1火次轧制大变形，变形量85％～95％，第二次轧制完成后坯料直径为16～20mm，轧制完成后空冷，即可得GH4169高温合金热轧棒坯。
2.根据权利要求1所述的一种GH4169高温合金热轧棒坯制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中高温均匀化热处理的具体内容为：对铸锭进行加热，加热至650℃，保温系数为0.6min/mm，随后以2℃～6℃/min的加热速度升温至1140℃～1160℃，保温时间≥24h，随后以2℃～6℃/min的加热速度升温至1180℃～1200℃，保温时间为≥48h，保温结束炉冷至650℃，随后空冷。
3.根据权利要求1所述的一种GH4169高温合金热轧棒坯制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中坯料在1100℃～1140℃下保温的具体方法为：对冷料锻坯进行加热，加热至850℃，保温系数为0.6min/mm，随后以5℃～8℃/min的加热速度升温至1100℃～1150℃，保温系数为0.6min/mm；连续回炉热料保温系数为0.4min/mm。
4.根据权利要求1所述的一种GH4169高温合金热轧棒坯制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中首次轧制完成后的坯料在1040℃～1060℃下保温的具体方法为：对冷料首次轧制后坯料进行加热，加热至850℃，保温系数为1min/mm，随后以5℃～8℃/min的加热速度升温至1040℃～1060℃，保温系数为1min/mm。
5.根据权利要求1所述的一种GH4169高温合金热轧棒坯制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中第二次轧制完成后所得GH4169高温合金热轧棒坯的室温拉伸强度值为1400MPa～1500MPa，室温拉伸延伸率为22％～24％，室温拉伸断面收缩率为：45％～50％，650℃高温拉伸强度为1150MPa～1190MPa，650℃高温拉伸延伸率为30％～39％，650℃高温断面收缩率为37％～65％。
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