CN117683989B - 一种高温合金薄板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高温合金制备领域，具体涉及一种高温合金薄板及其制备方法，方法包括以下步骤：固溶软化处理工序：将板材坯料放置在第一预设温度中保温第一预设时间后冷却，然后将板材坯料放置在第二预设温度中保温第二预设时间后冷却；第一次冷轧工序：将固溶软化处理后的板材坯料进行第一次冷轧，并控制第一次冷轧的总变形量；固溶退火处理工序：将第一次冷轧后的板材坯料放置在第三预设温度中保温第三预设时间后冷却；第二次冷轧工序：将固溶退火处理后的板材坯料进行第二次冷轧，并控制第二次冷轧的总变形量；成品热处理工序。通过本发明的技术方案，能够提高高温合金薄板的高温持久性能，稳定其产品的工艺性能。

Description

一种高温合金薄板及其制备方法

技术领域

本发明涉及高温合金制备领域，具体涉及一种高温合金薄板及其制备方法。

背景技术

GH4169合金板材常用于制作航空发动机机匣、导流板等重要零件，零件工作过程中要承受高温、高压、腐蚀、氧化等苛刻的服役条件，对板材组织性能控制的要求十分苛刻。GH4169合金对冷、热加工参数均非常敏感，如果工艺参数控制不当，其晶粒尺寸、强化相以及内应力将发生改变，从而影响其高温使用性能。另外，GH4169合金中δ相含量、形貌和分布对合金性能有重要影响，适量的δ相的析出将消耗一定量的强化相形成元素Nb，使得其周围γ″相贫化，对提高合金板材的塑性、消除缺口敏感性和减小应力集中能起到有益作用。

目前工艺在制备GH4169合金薄板时主要采用冷轧+热处理相结合的技术，制备的GH4169合金薄板其高温持久延伸率普遍较低，只能基本满足标准要求，产品性能很不稳定。

基于此，现有技术仍然有待改进。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提出一种高温合金薄板及其制备方法，通过使用本发明的技术方案，能够提高高温合金薄板的高温持久性能，稳定其产品的工艺性能。

基于上述目的，本发明的实施例的一个方面提供了一种高温合金薄板的制备方法，包括以下步骤：

固溶软化处理工序：将板材坯料放置在第一预设温度中保温第一预设时间后冷却，然后将板材坯料放置在第二预设温度中保温第二预设时间后冷却；

第一次冷轧工序：将固溶软化处理后的板材坯料进行第一次冷轧，并控制第一次冷轧的总变形量；

固溶退火处理工序：将第一次冷轧后的板材坯料放置在第三预设温度中保温第三预设时间后冷却；

第二次冷轧工序：将固溶退火处理后的板材坯料进行第二次冷轧，并控制第二次冷轧的总变形量；

成品热处理工序：将第二次冷轧后的板材坯料经固溶处理后冷却，然后对板材坯料进行时效处理后冷却。

根据本发明的一个实施例，在固溶软化处理工序中将板材坯料放置在第一预设温度中保温第一预设时间后冷却包括：

将板材坯料放置在1000℃的温度中保温10min；

将板材坯料进行水冷。

根据本发明的一个实施例，在固溶软化处理工序中将板材坯料放置在第二预设温度中保温第二预设时间后冷却包括：

将板材坯料放置在930℃的温度中保温60min；

将板材坯料进行空冷。

根据本发明的一个实施例，在第一次冷轧工序中，控制第一次冷轧的总变形量为大于等于35%且小于等于40%。

根据本发明的一个实施例，在第一次冷轧工序中，第一次冷轧包括若干个轧程，并控制每个轧程的变形量小于等于10%。

根据本发明的一个实施例，在固溶退火处理工序中，将第一次冷轧后的板材坯料放置在970℃的固溶温度中保温5min，然后将板材坯料进行空冷。

根据本发明的一个实施例，在第二次冷轧工序中，控制第二次冷轧的总变形量为大于等于8%且小于等于12%。

根据本发明的一个实施例，在成品热处理工序中，固溶处理为将板材坯料放置在970℃的温度中保温5min后空冷，时效处理为将板材坯料放置在720℃的温度中保温8小时，并以50℃/h的冷却速率炉冷至620℃保温8小时后空冷。

根据本发明的一个实施例，还包括：

对成品热处理工序后的板材进行高温持久性能检测，检测包括板材在650℃和690Mpa下的高温持久时间和高温持久延伸率。

本发明的实施例的另一个方面提供了一种高温合金薄板，高温合金薄板使用上述任意一项的方法进行制备。

本发明具有以下有益技术效果：本发明实施例提供的高温合金薄板的制备方法，通过固溶软化处理工序：将板材坯料放置在第一预设温度中保温第一预设时间后冷却，然后将板材坯料放置在第二预设温度中保温第二预设时间后冷却；第一次冷轧工序：将固溶软化处理后的板材坯料进行第一次冷轧，并控制第一次冷轧的总变形量；固溶退火处理工序：将第一次冷轧后的板材坯料放置在第三预设温度中保温第三预设时间后冷却；第二次冷轧工序：将固溶退火处理后的板材坯料进行第二次冷轧，并控制第二次冷轧的总变形量；成品热处理工序：将第二次冷轧后的板材坯料经固溶处理后冷却，然后对板材坯料进行时效处理后冷却的技术方案，能够提高高温合金薄板的高温持久性能，稳定其产品的工艺性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的实施例。

图1为根据本发明一个实施例的高温合金薄板的制备方法的示意性流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。

应当理解，在示例性实施例中所示的本发明的实施例仅是说明性的。虽然在本发明中仅对少数实施例进行了详细描述，但本领域技术人员很容易领会在未实质脱离本发明主题的教导情况下，多种修改是可行的。相应地，所有这样的修改都应当被包括在本发明的范围内。在不脱离本发明的主旨的情况下，可以对以下示例性实施例的设计、操作条件和参数等做出其他的替换、修改、变化和删减。

基于上述目的，本发明的实施例的第一个方面，提出了一种高温合金薄板的制备方法的一个实施例。图1示出的是该方法的示意性流程图。

如图1中所示，该方法可以包括以下步骤：

S1固溶软化处理工序：将板材坯料放置在第一预设温度中保温第一预设时间后冷却，然后将板材坯料放置在第二预设温度中保温第二预设时间后冷却。在该工序中，先将板材坯料放置在1000℃的温度中保温10min后进行水冷，然后将板材坯料放置在930℃的温度中保温60min后进行空冷。

S2第一次冷轧工序：将固溶软化处理后的板材坯料进行第一次冷轧，并控制第一次冷轧的总变形量。控制第一次冷轧的总变形量为大于等于35%且小于等于40%。其中第一次冷轧可以包括若干个轧程，并控制每个轧程的变形量小于等于10%。

S3固溶退火处理工序：将第一次冷轧后的板材坯料放置在第三预设温度中保温第三预设时间后冷却。在该工序中，将第一次冷轧后的板材坯料放置在970℃的固溶温度中保温5min后进行空冷。

S4第二次冷轧工序：将固溶退火处理后的板材坯料进行第二次冷轧，并控制第二次冷轧的总变形量。控制第二次冷轧的总变形量为大于等于8%且小于等于12%。其中第二次冷轧可以包括若干个轧程，并需要控制每个轧程的变形量。

S5成品热处理工序：将第二次冷轧后的板材坯料经固溶处理后冷却，然后对板材坯料进行时效处理后冷却。在该工序中，固溶处理为将板材坯料放置在970℃的温度中保温5min后空冷，时效处理为将板材坯料放置在720℃的温度中保温8小时，并以50℃/h的冷却速率炉冷至620℃保温8小时后空冷。

通过使用本发明的技术方案，能够提高高温合金薄板的高温持久性能，稳定其产品的工艺性能。

在本发明的一个优选实施例中，在固溶软化处理工序中将板材坯料放置在第一预设温度中保温第一预设时间后冷却包括：

将板材坯料放置在1000℃的温度中保温10min；

将板材坯料进行水冷。将板材坯料放置在温度1000℃的环境中保温10min后水冷，目的是控制板材坯料初始晶粒度在5-6级，同时降低板材坯料的强度。

在本发明的一个优选实施例中，在固溶软化处理工序中将板材坯料放置在第二预设温度中保温第二预设时间后冷却包括：

将板材坯料放置在930℃的温度中保温60min；

将板材坯料进行空冷。然后将板材坯料放置在930℃的环境中保温60min后空冷，目的是使板材坯料析出δ相。

在本发明的一个优选实施例中，在第一次冷轧工序中，控制第一次冷轧的总变形量为大于等于35%且小于等于40%。对固溶软化处理后的板材坯料进行第一次冷轧，冷轧是指在常温下进行轧制。冷轧总变形量控制在≥35%且≤40%，因为在冷轧总变形量≥35%后，可使固溶软化后的板材完全再结晶，但是变形量超过40%后，变形晶粒和冷作硬化已基本消除，板材的强度此时不会随着变形量增加而增大。需要说明的是，本发明中板材的变形量指的是板材厚度压下量与板材变形前厚度之比。

在本发明的一个优选实施例中，在第一次冷轧工序中，第一次冷轧包括若干个轧程，并控制每个轧程的变形量小于等于10%。在冷轧过程中通过数道次冷轧（轧程）减薄，需要控制每道次变形量≤10%，以避免因变形量过大造成合金冷作硬化效应过强。

在本发明的一个优选实施例中，在固溶退火处理工序中，将第一次冷轧后的板材坯料放置在970℃的固溶温度中保温5min，然后将板材坯料进行空冷。固溶温度为970℃，保温5min后空冷，目的是适当降低第一次冷轧后的合金板材强度，同时使第一次冷轧变形后的晶粒均匀细化。

在本发明的一个优选实施例中，在第二次冷轧工序中，控制第二次冷轧的总变形量为大于等于8%且小于等于12%。冷轧总变形量控制在8%～12%的目的是通过小变形促进晶界析出δ相。

在本发明的一个优选实施例中，在成品热处理工序中，固溶处理为将板材坯料放置在970℃的温度中保温5min后空冷，时效处理为将板材坯料放置在720℃的温度中保温8小时，并以50℃/h的冷却速率炉冷至620℃保温8小时后空冷。

在本发明的一个优选实施例中，还包括：

对成品热处理工序后的板材进行高温持久性能检测，检测包括板材在650℃和690Mpa下的高温持久时间和高温持久延伸率。

本发明的有益效果是：采用高温和低温两种不同温度相结合的固溶软化处理，在高温下固溶软化使板材坯料晶粒度控制在5-6级，然后采用δ相析出温度下的低温处理，使得坯料初始组织中析出少量的δ相；在第一次冷轧过程中采用适当的大变形量进行冷轧，使合金的冷作硬化效应得到最大，从而通过冷作硬化提高合金强度，同时避免了现有工序在轧机允许的轧制力范围下做无用的重复冷轧，提升了生产效率；通过适当的固溶退火处理，不仅降低第一次冷轧后的合金板材强度，同时使得第一次冷轧后的板材晶粒均匀细化；通过第二次小变形冷轧，使得合金板材坯料在成品热处理过程中促进δ相的析出，最终得到高温持久塑性良好的GH4169合金板材。

实施例1

按照本发明的方法制备得到厚度为2.30mm的GH4169合金薄板，步骤如下：

1）固溶软化处理：将原始厚度为4.00mm的GH4169高温合金热轧板材首先在温度1000℃的环境下保温10min后水冷，然后在930℃的环境下保温60min后空冷。

2）第一次冷轧：对步骤1中固溶软化处理后的坯料进行第一次冷轧，冷轧总变形量为36.5%，冷轧过程中从厚度4.00mm减至2.54mm共进行了6个轧程，板材厚度依次为4.00mm→3.80mm→3.42mm→3.28mm→3.10mm→2.80mm→2.54mm。

3）固溶退火处理：将步骤2得到的2.54mm的板材进行固溶退火处理，固溶退火温度为970℃，保温5min后空冷。

4）第二次冷轧：将步骤3固溶退火后2.54mm的板材进行冷轧，冷轧总变形量为9.4%，冷轧过程中从厚度2.54mm减至2.30mm共进行了2个轧程，厚度依次为2.54mm→2.38mm→2.30mm。

5）成品热处理：将步骤4得到的2.30mm的GH4169合金薄板材经固溶处理：970℃环境中保温5min后空冷，再进行时效处理：720℃环境中保温8小时，以50℃/h的冷却速率炉冷至620℃保温8小时后空冷，进行高温持久性能检测。

在650℃且690Mpa条件下的高温持久时间为51h，高温持久延伸率A为12.5%。

对比例1

本对比例在制备厚度为2.30mm的GH4169合金薄板时，首先将4.0mm的GH4169合金热轧板坯在990℃下保温10min空冷进行固溶处理；然后进行第一次冷轧，冷轧厚度从4.00mm→3.04mm，总变形量24%；进行中间退火，退火温度990℃下保温10min后空冷；进行第二次冷轧，冷轧厚度从3.04mm→2.30mm，冷轧总变形量24.3%；最后成品经固溶处理：在970℃环境中保温5min后空冷，再进行时效处理：720℃环境中保温8小时，以50℃/h的冷却速率炉冷至620℃保温8小时后空冷，进行高温持久性能检测。

在650℃且690Mpa条件下的高温持久时间为52h，高温持久延伸率A为5.2%。虽然对比例高温持久时间与实施例1相当，但是高温持久延伸率远小于实施例1。

实施例2

按照本发明的方法制备得到厚度为2.30mm的GH4169合金薄板，步骤如下：

1）固溶软化处理：将原始厚度为3.80mm的GH4169高温合金热轧板材首先在温度1000℃的环境下保温10min后水冷，然后在930℃的环境下保温60min后空冷。

2）第一次冷轧：对步骤1中固溶软化处理后的坯料进行第一次冷轧，冷轧总变形量为40%，冷轧过程中从厚度3.80mm减至2.54mm共进行了6个轧程，板材厚度依次为3.80mm→3.61mm→3.25mm→2.94mm→2.69mm→2.40mm→2.28mm。

3）固溶退火处理：将步骤2得到的2.28mm的板材进行固溶退火处理，固溶退火温度为970℃，保温5min后空冷。

4）第二次冷轧：将步骤3固溶退火后2.28mm的板材进行冷轧，冷轧总变形量为7.8%，冷轧过程中从厚度2.28mm减至2.10mm共进行了1个轧程。

5）成品热处理：将步骤4得到的2.10mm的GH4169合金薄板材经固溶处理：970℃的环境中保温5min后空冷，再进行时效处理：720℃的环境中保温8小时，以50℃/h的冷却速率炉冷至620℃保温8小时后空冷，进行高温持久性能检测。

在650℃且690Mpa条件下的高温持久时间为64.4h，高温持久延伸率A为14%。

对比例2

本对比例在制备厚度为2.10mm的GH4169合金薄板时，首先将3.80mm的GH4169合金热轧板坯在990℃的环境下保温10min后空冷进行固溶处理；然后进行第一次冷轧，冷轧厚度从3.80mm→2.84mm，总变形量25%；进行中间退火，退火温度为990℃环境下保温10min后空冷；进行第二次冷轧，冷轧厚度从2.84mm→2.10mm，冷轧总变形量26%；最后成品经固溶处理：970℃的环境中保温5min后空冷，再进行时效处理：720℃的环境中保温8小时，以50℃/h的冷却速率炉冷至620℃保温8小时后空冷，进行高温持久性能检测。

在650℃且690Mpa条件下的高温持久时间为49.6h，高温持久延伸率A为4.7%。对比例高温持久时间与高温持久延伸率远小于实施例2。

本发明的实施例的第二个方面，提出了一种高温合金薄板，该高温合金薄板使用上述任意一项方法进行制备。

需要特别指出的是，上述各个实施例中的各个组件或步骤均可以相互交叉、替换、增加、删减，因此，这些合理的排列组合变换形成的组合也应当属于本发明的保护范围，并且不应将本发明的保护范围局限在实施例之上。

以上是本发明公开的示例性实施例，上述本发明实施例公开的顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。但是应当注意，以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围（包括权利要求）被限于这些例子，在不背离权利要求限定的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的公开实施例的方法权利要求的功能、步骤和/或动作不需以任何特定顺序执行。此外，尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围（包括权利要求）被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明实施例的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高温合金薄板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

固溶软化处理工序：将板材坯料放置在第一预设温度中保温第一预设时间后冷却，其包括将板材坯料放置在1000℃的温度中保温10min；将板材坯料进行水冷；

然后将板材坯料放置在第二预设温度中保温第二预设时间后冷却，其包括将板材坯料放置在930℃的温度中保温60min；将板材坯料进行空冷；

第一次冷轧工序：将固溶软化处理后的板材坯料进行第一次冷轧，并控制第一次冷轧的总变形量，在第一次冷轧工序中，控制第一次冷轧的总变形量为大于等于35%且小于等于40%；

固溶退火处理工序：将第一次冷轧后的板材坯料放置在第三预设温度中保温第三预设时间后冷却，其包括将第一次冷轧后的板材坯料放置在970℃的固溶温度中保温5min，然后将板材坯料进行空冷；

第二次冷轧工序：将固溶退火处理后的板材坯料进行第二次冷轧，并控制第二次冷轧的总变形量，在第二次冷轧工序中，控制第二次冷轧的总变形量为大于等于8%且小于等于12%；

成品热处理工序：将第二次冷轧后的板材坯料经固溶处理后冷却，然后对板材坯料进行时效处理后冷却。

2.根据权利要求1所述的高温合金薄板的制备方法，其特征在于，在第一次冷轧工序中，第一次冷轧包括若干个轧程，并控制每个轧程的变形量小于等于10%。

3.根据权利要求1所述的高温合金薄板的制备方法，其特征在于，在成品热处理工序中，固溶处理为将板材坯料放置在970℃的温度中保温5min后空冷，时效处理为将板材坯料放置在720℃的温度中保温8小时，并以50℃/h的冷却速率炉冷至620℃保温8小时后空冷。

4.根据权利要求1所述的高温合金薄板的制备方法，其特征在于，还包括：

对成品热处理工序后的板材进行高温持久性能检测，检测包括板材在650℃和690MPa下的高温持久时间和高温持久延伸率。

5.一种高温合金薄板，其特征在于，高温合金薄板使用权利要求1-4中任意一项所述的方法进行制备。