CN117265440A - 一种镍基高温合金锻件的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种镍基高温合金锻件的制备方法，属于锻造技术领域。本发明提供镍基高温合金，按质量百分含量计，所述镍基高温合金的成分包括：镍≥30.0％，铬≥19％，碳≤0.10％，硅≤1.00％，锰≤1.5％，磷≤0.030％，硫≤0.015％，铜≤0.75％，余量为铁；将所述镍基高温合金下料后在特定条件下进行第一热处理，得到预处理工件；将所述预处理工件进行锻造变形处理，得到锻坯；将所述锻坯进行粗加工后在特定条件下进行第二热处理，得到所述镍基高温合金锻件。采用本发明方法制备镍基高温合金锻件，能够有效减少对钢材的消耗，降低了生产成本，且所述镍基高温合金锻件具有优异的力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及锻造技术领域，尤其涉及一种镍基高温合金锻件的制备方法。
背景技术
镍基高温合金N08810是一种含碳、铝、钛、硅、锰以及限量(Al+Ti)的固溶态高强度奥氏体镍-铁-铬合金，化学成分和800合金相似，与800合金的不同处是经过特殊的固溶处理(晶粒尺寸≥90μm/ASTMNo.4)后，镍基高温合金N08810在600℃以上的抗拉强度有显著的提高。镍基高温合金N08810的使用温度为650～1000℃，在650～850℃具有良好的抗高温蠕变、抗松弛和抗氧化性能，目前主要用于核电用高温气冷堆冷凝气管管件、百万超超临界汽轮机的阀杆阀碟、各种规格的密封环及新能源氢氛围或烃重整工艺等领域关键零件的制造。
镍基高温合金N08810室温组织为奥氏体，其中铬的含量非常高，为得到较高硬度值，其中钛和铝的含量一般接近上限值，具有很高的耐热性能。与一般镍基合金不同，镍基高温合金N08810随着温度的提高，其塑性明显下降，但是其抗拉强度和屈服强度的下降却不是很明显。因此，镍基高温合金N08810塑变形差、变形抗力大的特征增加了其热锻成形的难度。
目前，在核电反应堆核岛高温气冷堆、汽轮机阀杆阀碟、各种规格的密封环以及航空、化工领域重要零件的制造上大都采用镍基高温合金N08810棒材直接加工成零件的制造方法，除了造成大量无谓的钢材消耗外，产品质量往往还得不到保证。
发明内容
本发明的目的在于提供一种镍基高温合金锻件的制备方法，采用本发明方法制备镍基高温合金锻件，能够有效减少对钢材的消耗，降低了生产成本，且所述镍基高温合金锻件具有优异的力学性能。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种镍基高温合金锻件的制备方法，包括以下步骤：
提供镍基高温合金，按质量百分含量计，所述镍基高温合金的成分包括：镍≥30.0％，铬≥19％，碳≤0.10％，硅≤1.00％，锰≤1.5％，磷≤0.030％，硫≤0.015％，铜≤0.75％，余量为铁；
将所述镍基高温合金下料后进行第一热处理，得到预处理工件；所述第一热处理的程序包括：升温至640～660℃进行第I-1热处理；继续升温至940～960℃进行第I-2热处理；继续升温至1170～1190℃进行第I-3热处理，之后空冷；
将所述预处理工件进行锻造变形处理，得到锻坯；
将所述锻坯依次进行粗加工与第二热处理，得到所述镍基高温合金锻件；所述第二热处理的程序包括：升温至1115～1125℃进行第II-1热处理，之后空冷；升温至945～955℃进行第II-2热处理，之后空冷；升温至735～745℃进行第II-3热处理，之后空冷。
优选地，所述镍基高温合金为镍基合金N08810。
优选地，升温至所述第I-1热处理的温度的升温速率≤75℃/h；所述第I-1热处理的时间≥4h。
优选地，升温至所述第I-2热处理的温度的升温速率≤75℃/h；所述第I-2热处理的时间≥4h。
优选地，升温至所述第I-3热处理的温度的升温速率≤57℃/h；所述第I-3热处理的时间≥4h。
优选地，所述锻造变形处理的次数≥2次，所述锻造变形处理的锻造比≥3.5。
优选地，每次所述锻造变形处理的始锻温度独立为1170～1190℃，终锻温度独立为940～960℃；每次所述锻造变形处理的加热时间≥2h。
优选地，升温至所述第II-1热处理的温度的升温速率为105～115℃/h；所述第II-1热处理的时间为9～11h。
优选地，升温至所述第II-2热处理的温度的升温速率为105～115℃/h；所述第II-2热处理的时间为25～27h。
优选地，升温至所述第II-3热处理的温度的升温速率为80～110℃/h；所述第II-3热处理的时间为17～19h。
本发明提供了一种镍基高温合金锻件的制备方法，包括以下步骤：提供镍基高温合金，按质量百分含量计，所述镍基高温合金的成分包括：镍≥30.0％，铬≥19％，碳≤0.10％，硅≤1.00％，锰≤1.5％，磷≤0.030％，硫≤0.015％，铜≤0.75％，余量为铁；将所述镍基高温合金下料后进行第一热处理，得到预处理工件；所述第一热处理的程序包括：升温至640～660℃进行第I-1热处理；继续升温至940～960℃进行第I-2热处理；继续升温至1170～1190℃进行第I-3热处理，之后空冷；将所述预处理工件进行锻造变形处理，得到锻坯；将所述锻坯依次进行粗加工与第二热处理，得到所述镍基高温合金锻件；所述第二热处理的程序包括：升温至1115～1125℃进行第II-1热处理，之后空冷；升温至945～955℃进行第II-2热处理，之后空冷；升温至735～745℃进行第II-3热处理，之后空冷。本发明针对特定化学成分的镍基高温合金，在特定条件下进行热处理，最终能够制备得到具有优异力学性能的镍基高温合金锻件，且能够有效减少对钢材的消耗，降低了生产成本。
附图说明
图1为实施例1中镍基高温合金阀碟阀杆锻件的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种镍基高温合金锻件的制备方法，包括以下步骤：
提供镍基高温合金，按质量百分含量计，所述镍基高温合金的成分包括：镍≥30.0％，铬≥19％，碳≤0.10％，硅≤1.00％，锰≤1.5％，磷≤0.030％，硫≤0.015％，铜≤0.75％，余量为铁；
将所述镍基高温合金下料后进行第一热处理，得到预处理工件；所述第一热处理的程序包括：升温至640～660℃进行第I-1热处理；继续升温至940～960℃进行第I-2热处理；继续升温至1170～1190℃进行第I-3热处理，之后空冷；
将所述预处理工件进行锻造变形处理，得到锻坯；
将所述锻坯依次进行粗加工与第二热处理，得到所述镍基高温合金锻件；所述第二热处理的程序包括：升温至1115～1125℃进行第II-1热处理，之后空冷；升温至945～955℃进行第II-2热处理，之后空冷；升温至735～745℃进行第II-3热处理，之后空冷。
本发明提供镍基高温合金，所述镍基高温合金优选为钢锭或钢坯。在本发明中，按质量百分含量计，所述镍基高温合金的成分包括：镍(Ni)≥30.0％，铬(Cr)≥19％，碳(C)≤0.10％，硅(Si)≤1.00％，锰(Mn)≤1.5％，磷(P)≤0.030％，硫(S)≤0.015％，铜(Cu)≤0.75％，余量为铁(Fe)；其中钛和铝为微量元素，在本发明中未明确记载，但产品技术要求需要按照本领域常规选择进行控制；所述镍基高温合金优选为镍基合金N08810。在本发明中，所述镍基高温合金中有害元素含量优选满足：S≤0.008wt％，P≤0.010wt％，N≤30ppm，O≤10ppm，H≤2ppm。本发明优选将有害元素控制在上述范围内，有利于保证最终所得镍基高温合金具有优异的综合性能。
得到镍基高温合金后，本发明将所述镍基高温合金下料后进行第一热处理，得到预处理工件。本发明优选采用钢锭热送斩刀热斩法进行下料。
在本发明中，所述第一热处理的程序包括：升温至640～660℃进行第I-1热处理；继续升温至940～960℃进行第I-2热处理；继续升温至1170～1190℃进行第I-3热处理，之后空冷。本发明优选将下料后的镍基高温合金加热至≤350℃进炉；本发明对升温至进炉所需温度的升温速率没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的升温速率即可。进炉后，本发明继续升温至640～660℃，在保温条件下进行第I-1热处理。在本发明中，升温至所述第I-1热处理的温度的升温速率优选≤75℃/h，更优选为70～75℃/h；所述第I-1热处理的温度为640～660℃，具体为650±10℃；所述第I-1热处理的时间优选≥4h，更优选为4～5h。所述第I-1热处理后，本发明继续升温至940～960℃，在保温条件下进行第I-2热处理。在本发明中，升温至所述第I-2热处理的温度的升温速率优选≤75℃/h，更优选为70～75℃/h；所述第I-2热处理的温度优选为940～960℃，具体为950±10℃；所述第I-2热处理的时间优选≥4h，更优选为4～5h。所述第I-2热处理后，本发明继续升温至1170～1190℃，在保温条件下进行第I-3热处理，之后空冷。在本发明中，升温至所述第I-3热处理的温度的升温速率优选≤57℃/h，更优选为52～57℃/h；所述第I-3热处理的温度为1170～1190℃，具体为1180±10℃；所述第I-3热处理的时间优选≥4h，更优选为4～5h。在本发明中，所述空冷优选是将第I-3热处理后所得工件冷却至室温。本发明采用上述程序进行第一热处理，有利于保证最终所得镍基高温合金锻件具有优异的力学性能。
得到预处理工件后，本发明将所述预处理工件进行锻造变形处理，得到锻坯。在本发明中，所述锻造变形处理的次数优选≥2次，更优选为2～3次；所述锻造变形处理的锻造比优选≥3.5，更优选为3.5～4.0；本发明优选将锻造变形处理的次数以及锻造比控制在上述范围，有利于使锻件整体锻透，组织均匀、致密并保证力学性能。在本发明中，每次所述锻造变形处理的始锻温度独立优选为1170～1190℃，具体为1180±10℃；终锻温度独立为940～960℃，具体为950±10℃；每次所述锻造变形处理的加热时间优选≥2h，更优选为2～3h。在本发明中，所述锻造变形处理的方式优选为镦拔锻造。本发明优选采用末二火次对锻坯进行分料，对各个截面预留20～25％的变形量以保证最后火次各截面的变形量，并在1180±10℃～950±10℃内有足够的锻造时间。本发明优选在最后火次的锻造过程中，将锻坯温度控制在1170～1190℃并保证热透，采用拔长工序对锻坯各截面进行锻造，将锻坯锻至设定的锻件尺寸；在锻造杆部截面时，要求轻锤击打并不断换位，避免锻坯因变形速度快、变形量大而引起的温升，使锻坯保持在1060～1040℃的温度范围，以免芯部开裂。在最后火次的锻造过程中，本发明优选在钢锭变形之处旋转轻击，待铸锭的组织被破碎、塑性有所改善和提高之后，再将加热温度提高10～20℃，这时可重锤打击，以加快变形速度和变形量；而且最后火次的变形量优选控制在20～25％之间，同时要控制变形速度，避免因变形过快而引起锻件温度升高。
得到锻坯后，本发明将所述锻坯依次进行粗加工与第二热处理，得到所述镍基高温合金锻件。在本发明中，所述粗加工的方式优选为车削加工。
在本发明中，所述第二热处理的程序包括：升温至1115～1125℃进行第II-1热处理，之后空冷；升温至945～955℃进行第II-2热处理，之后空冷；升温至735～745℃进行第II-3热处理，之后空冷。本发明优选将粗加工后的锻坯加热至≤350℃进炉；本发明对升温至进炉所需温度的升温速率没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的升温速率即可。进炉后，本发明继续升温至1115～1125℃，在保温条件下进行第II-1热处理，之后空冷。在本发明中，升温至所述第II-1热处理的温度的升温速率优选为105～115℃/h，更优选为110℃/h；所述第II-1热处理的温度为1115～1125℃，具体为1120±5℃；所述第II-1热处理的时间优选为9～11h，更优选为10h；所述空冷优选是将第II-1热处理后所得工件冷却至室温。所述第II-1热处理并空冷后，本发明优选将所得工件加热至≤350℃进炉；本发明对升温至进炉所需温度的升温速率没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的升温速率即可。进炉后，本发明继续升温至945～955℃，在保温条件下进行第II-2热处理，之后空冷。在本发明中，升温至所述第II-2热处理的温度的升温速率优选为105～115℃/h，更优选为110℃/h；所述第II-2热处理的温度为945～955℃，具体为950±5℃；所述第II-2热处理的时间优选为25～27h，更优选为26h；所述空冷优选是将第II-2热处理后所得工件冷却至室温。所述第II-2热处理并空冷后，本发明优选将所得工件加热至≤350℃进炉；本发明对升温至进炉所需温度的升温速率没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的升温速率即可。进炉后，本发明继续升温至735～745℃，在保温条件下进行第II-3热处理，之后空冷。在本发明中，升温至所述第II-3热处理的温度的升温速率优选为80～110℃/h，更优选为80～100℃/h；所述第II-3热处理的温度为735～745℃，具体为740±5℃；所述第II-3热处理的时间优选为17～19h，更优选为18h；所述空冷优选是将第II-3热处理后所得工件冷却至室温。本发明采用上述程序进行第二热处理，有利于保证最终所得镍基高温合金锻件具有优异的力学性能。
所述第二热处理后，本发明优选将所得工件进行力学性能检测以及超声波探伤检测后，得到所述镍基高温合金锻件。本发明优选按照EN10308-3质量等级2级的规定进行所述超声波探伤检测，按照粗加工的要求割取锻环端面的试样进行力学性能检测，检测指标包括：屈服强度、抗拉强度、延伸率和硬度。
采用本发明方法制备镍基高温合金锻件，优选在特定条件下进行末二火次的锻造以及最后火次的锻造，有利于避免毛坯锻件的锻后热处理变形，减少制造工序，缩短生产周期，降低能耗；同时所述镍基高温合金锻件具有优异的力学性能。
采用本发明方法制备的镍基高温合金锻件具有优异的力学性能，可以用于制备高质量的汽轮机阀杆阀碟、各种规格的密封环、新能源太阳能单晶硅冶炼炉胆的替代耐热不锈钢以及航空领域重要零件。在本发明的实施例中，具体是以制备镍基高温合金阀碟阀杆锻件为例进行说明。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明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。
实施例1
制备镍基高温合金阀碟阀杆锻件，步骤如下：
(1)将镍基高温合金原材料(镍基合金N08810钢锭)进行检验，包括化学成分的复验以符合材料标准冶炼工艺内控操作规范(按TLV952011规定的方法检测，并增加有害元素S≤0.008wt％，P≤0.010wt％，N≤30ppm，O≤10ppm，H≤2ppm)的控制要求和钢锭表面符合现行国家标准要求的检查；
(2)采用钢锭热送斩刀热斩方法对镍基合金N08810钢锭进行下料；
(3)将下料后的镍基合金N08810钢锭进行热处理，具体是将下料后的镍基合金N08810钢锭从室温加热至350℃进炉，继续加热4h匀速升温至650±10℃，保温4h；继续加热4h匀速升温至850±10℃，之后继续加热至950±10℃保温4h；继续加热4h匀速升温至1180±10℃，保温4h，然后空冷至室温，得到预处理钢锭；
(4)将所述预处理钢锭加热至呈奥氏体组织状态，之后进行锻造变形处理，得到锻坯；所述锻造变形处理的方式具体为镦拔锻造，镦拔锻造次数为2次，锻造比为3.5，每次镦拔锻造的始锻温度为1180±10℃，终锻温度为950±10℃，每次镦拔锻造的加热时间为2h；
末二火次的锻造，采用末二火次对锻坯进行分料，对各个截面预留20～25％的变形量以保证最后火次锻造后各截面的变形量，并在1180±10℃～950±10℃内有足够的铸锻时间；
最后火次的锻造，将锻坯温度控制在1170～1190℃并保证热透，采用拔长工序对锻坯各截面进行锻造，将锻坯锻至设定的锻件尺寸；在锻造杆部截面时，要求轻锤击打并不断换位并控制变形量为20～25％，避免锻坯因变形速度快、变形量大而引起的温升，使锻坯保持在1060～1040℃的温度范围，以免芯部开裂；
(6)采用车削加工方式将所述锻坯按照设定尺寸进行粗加工，得到粗加工锻坯；
(7)将所述粗加工锻坯进行热处理，具体是将所述粗加工锻坯从室温加热至350℃进炉，以110℃/h的升温速率升温至1120±5℃，在保温条件下进行固溶处理10h后空冷至室温；之后将所得工件加热至350℃进炉，以110℃/h的升温速率升温至950±5℃，在保温条件下进行时效处理26h后空冷至室温；最后将所得工件加热至350℃进炉，以100℃/h的升温速率升温至740±5℃，在保温条件下进行沉淀硬化处理18h后空冷至室温，依次经力学性能检测以及超声波探伤检测合格后，得到镍基高温合金阀碟阀杆锻件；其中，按照EN10308-3质量等级2级的规定进行所述超声波探伤检测，按照粗加工的要求割取锻件端面的试样进行所述力学性能检测，检测指标包括：屈服强度、抗拉强度、延伸率和硬度，检测结果如表1所示。由表1可知，采用本发明提供的方法制备的产品具有优异的力学性能。
表1实施例1中镍基高温合金阀碟阀杆锻件的力学性能
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种镍基高温合金锻件的制备方法，包括以下步骤：
提供镍基高温合金，按质量百分含量计，所述镍基高温合金的成分包括：镍≥30.0％，铬≥19％，碳≤0.10％，硅≤1.00％，锰≤1.5％，磷≤0.030％，硫≤0.015％，铜≤0.75％，余量为铁；
将所述镍基高温合金下料后进行第一热处理，得到预处理工件；所述第一热处理的程序包括：升温至640～660℃进行第I-1热处理；继续升温至940～960℃进行第I-2热处理；继续升温至1170～1190℃进行第I-3热处理，之后空冷；
将所述预处理工件进行锻造变形处理，得到锻坯；
将所述锻坯依次进行粗加工与第二热处理，得到所述镍基高温合金锻件；所述第二热处理的程序包括：升温至1115～1125℃进行第II-1热处理，之后空冷；升温至945～955℃进行第II-2热处理，之后空冷；升温至735～745℃进行第II-3热处理，之后空冷。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述镍基高温合金为镍基合金N08810。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，升温至所述第I-1热处理的温度的升温速率≤75℃/h；所述第I-1热处理的时间≥4h。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，升温至所述第I-2热处理的温度的升温速率≤75℃/h；所述第I-2热处理的时间≥4h。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，升温至所述第I-3热处理的温度的升温速率≤57℃/h；所述第I-3热处理的时间≥4h。
6.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述锻造变形处理的次数≥2次，所述锻造变形处理的锻造比≥3.5。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，每次所述锻造变形处理的始锻温度独立为1170～1190℃，终锻温度独立为940～960℃；每次所述锻造变形处理的加热时间≥2h。
8.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，升温至所述第II-1热处理的温度的升温速率为105～115℃/h；所述第II-1热处理的时间为9～11h。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，升温至所述第II-2热处理的温度的升温速率为105～115℃/h；所述第II-2热处理的时间为25～27h。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，升温至所述第II-3热处理的温度的升温速率为80～110℃/h；所述第II-3热处理的时间为17～19h。
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