CN118166298A - 一种镍基合金碳化物应变诱导析出轧制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种镍基合金碳化物应变诱导析出轧制方法，包括：(1)对坯料进行均质化热处理；(2)对所述坯料依次进行第一火次轧制和第二火次轧制。本发明通过控制轧制等手段，实现了碳化物应变诱导析出辅助强化，使其在晶粒度≥5级时，实现高强化。
Description
技术领域
本发明涉及一种镍基合金碳化物应变诱导析出轧制方法，具体讲是指如何通过轧制等控制手段，实现碳化物应变诱导析出，提升板材强度。
背景技术
镍基合金由于具有优异的高温力学性能、耐腐蚀性能，在石油化工、关键装备等领域广泛应用，是经济建设和国防军工不可或缺的一类极其重要的材料。
镍基合金板材根据不同使用场合，对性能的要求也不尽相同。例如，对于N06625镍基合金，级别1(高强度级别等级，主要获得高强度和高疲劳性能，要求屈服强度≥379MPa，抗拉强度≥758MPa，伸长率≥30％)。有些应用场合会对中板的力学性能提出更高的要求(要求屈服强度≥414MPa，抗拉强度≥827MPa，伸长率≥30％)。
由于N06625属于固溶强化型镍基合金，采用常规的轧制及热处理工艺很难稳定达到上述高强度级别，并且在批量化的生产过程中，由于成品板规格多，但是坯料加热工艺参数基本一致，这就造成部分板材无法实现高强化，退火后晶粒度5-7级，无法达到晶粒度≥7级的理想状态。
发明内容
针对以上生产技术难题，本发明涉及一种镍基合金碳化物应变诱导析出轧制方法。
具体的，本发明提供的镍基合金碳化物应变诱导析出轧制方法，包括：
(1)对坯料进行均质化热处理；
(2)对所述坯料依次进行第一火次轧制和第二火次轧制。
上述的镍基合金碳化物应变诱导析出轧制方法，所述坯料通过将合金在真空感应炉或者电炉进行冶炼，而后采用连铸或者模铸获得。
上述的镍基合金碳化物应变诱导析出轧制方法，所述均质化热处理温度1200-1250℃，保温时间48-72h。
上述的镍基合金碳化物应变诱导析出轧制方法，所述第一火次轧制的坯料加热温度为1180-1220℃，总加热时间为1-1.5min/mm厚度，板材开始轧制温度≥1080℃，终轧温度≥850℃，轧后空冷。
上述的镍基合金碳化物应变诱导析出轧制方法，所述第一火次轧制的轧制道次为7-15道次，每道次变形量≤10％。
上述的镍基合金碳化物应变诱导析出轧制方法，所述第二火次轧制依次包括：
(1)加热
加热温度为1180-1200℃，总加热时间为1.0-1.5min/mm厚度；
(2)前三道次轧制
开轧温度≥1080℃，每道次变形量均大于10％，板材表面温度≥1000℃；
(3)正常轧制
控制总变形量为70％以上，板材表面温度≥930℃；
(4)控制板型轧制
终轧温度≥850℃。
另一方面，本发明还提供了一种镍基合金板材，其采用上述的镍基合金碳化物应变诱导析出轧制方法进行轧制。
上述的镍基合金板材，所述镍基合金板材为N06625。
上述的镍基合金板材，所述镍基合金板材晶粒度≥5级时，屈服强度Rp0.2＞480MPa；抗拉强度Rm＞890MPa，伸长率大于47％。
本发明的技术方案具有如下的有益效果：
本发明通过控制轧制等手段，实现了碳化物应变诱导析出辅助强化，使其在晶粒度≥5级时，实现高强化。
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。
本文使用的术语“第一”“第二”等不表示任何顺序或重要性，而是用于区别一个要素与另一要素，术语“该”“所述”“一个”和“一种”不表示数量的限制，而是表示存在至少一个所提及的对象。术语“优选的”“更优选的”等是指，在某些情况下可提供某些有益效果的本发明实施方案。然而，在相同的情况下或其他情况下，其他实施方案也可能是优选的。此外，对一个或多个实施方案的表述并不暗示其他实施方案不可用，也并非旨在将其他实施方案排除在本发明的范围之外。
具体的，本发明提供的镍基合金碳化物应变诱导析出轧制方法，包括：
制备板坯料
合金采用真空感应炉或者电炉进行冶炼，而后采用连铸或者模铸等形式获得板坯料。
可选的，所述板坯料为N06625，标准成分控制范围为(wt％)：
成分控制标准参照ASME SB-443或者ASME SB-446。
均质化热处理
通过对板坯料进行均质化热处理，可以有效消除元素偏析等缺陷。
优选的，所述均质化热处理，温度1200-1250℃，保温时间48-72h。
优选的，所述均质化热处理采用燃气加热炉或者电炉。
第一火次轧制
坯料加热温度1180-1220℃，总加热时间按照坯料厚度1-1.5min/mm考虑。板材开始轧制温度≥1080℃，终轧温度≥850℃，轧后空冷。
所述第一火次轧制的轧制道次为7-15道次，每道次变形量≤10％。
通过第一火次轧制，将板坯中粗大的铸态组织转变为轧态组织，坯料塑性得到大幅改善。
对一火轧制后坯料表面修磨处理，保证无裂纹缺陷方可进行二火成品板轧制。
第二火次轧制
由于铸态镍基合金坯料组织粗大，热塑性低，无法一次实现板材轧制。因此需采用二火轧制成品。
优选的，所述第二火次轧制需进行三段控制：
(1)第一阶段
对坯料进行加热，加热温度为1180-1200℃，总加热时间为1.0-1.5min/mm厚度。开轧温度≥1080℃，前三道次轧制，每道次变形量均大于10％，确保前三道次轧制后，板材表面温度≥1000℃。
在第一阶段中，通过高温大变形，组织充分发生动态再结晶，晶粒组织细化，从而为后续碳化物应变诱导析出提供大量形核点。
(2)第二阶段
第二阶段为应变诱导析出轧制，需保证70％以上总变形量在板材表面温度≥930℃(优选为930-1000℃)条件下完成。
在一些实施方式中，所述应变诱导析出轧制，每道次变形量≥8％。
在第二阶段中，板坯中纳米级碳化物充分应变诱导析出，在晶粒内部、晶界上均匀分布。
(3)第三阶段
最后是控制板型轧制，终轧温度≥850℃。
在一些实施方式中，所述控制板型轧制，每道次变形量≤5％。
按照本发明的轧制方法对镍基合金坯料进行轧制，可以使碳化物有效应变诱导析出，从而提升板材强度，使其退火后在晶粒度≥5级时，也可实现高强化。
其中，所述退火的温度为950-990℃，保温时间按照板厚3min/mm考虑。
另一方面，本发明还提供了一种镍基合金板材，其采用上述的镍基合金碳化物应变诱导析出轧制方法进行轧制。
其中，所述镍基合金板材为N06625。
经实践，按照本发明的方法获得的镍基合金板材晶粒度≥5级时，屈服强度Rp0.2＞480MPa；抗拉强度Rm＞890MPa，伸长率大于47％。
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。
实施例1-3和对比例1-5中采用的合金为N06625，控制成分含量如下(wt％)
实施例1
采用真空感应炉冶炼方式冶炼N06625合金，均质化温度1230℃，保温时间50h。成分如上表所示，获得板坯料，板坯厚度250mm，成品板厚度10mm。第一火次轧制，加热温度1200℃，加热时间250min，出炉轧制，开始轧制温度1100℃，终轧温度890℃，中间坯厚度68mm，轧制道次为11道次，每道次变形量≤10％。第二火次轧制：第一阶段：坯料加热温度1200℃，加热时间102min，开轧温度1110℃，前三道次轧制变形量分别为12％、11％、12％，轧制三道次后板材表面温度1020℃。第二阶段：正常轧制，板材轧制厚度12mm时，表面温度930℃，第一和二阶段总变形量82％；第三阶段：控制板型轧制，终轧温度860℃，板材厚度10mm。板材退火温度980℃，保温时间30min，水冷。
板材实测晶粒度6级，屈服强度Rp0.2＝515MPa；抗拉强度Rm＝890MPa，伸长率51％。
实施例2
采用电炉冶炼方式冶炼N06625合金，均质化温度1230℃，保温时间58h成分如上表所示，获得板坯料，板坯厚度180mm，成品板厚度15mm。第一火次轧制，加热温度1200℃，加热时间180min，出炉轧制，开始轧制温度1090℃，终轧温度880℃，中间坯厚度120mm，轧制道次为13道次，每道次变形量≤10％。第二火次轧制：第一阶段：坯料加热温度1200℃，加热时间180min，开轧温度1120℃，前三道次轧制变形量分别为12％、14％、13％，轧制三道次后板材表面温度1020℃。第二阶段：正常轧制，板材轧制厚度18mm时，表面温度940℃，第一和二阶段总变形量85％；第三阶段：控制板型轧制，终轧温度870℃，板材厚度15mm。板材退火温度980℃，保温时间45min，水冷。
板材实测晶粒度6.5级，屈服强度Rp0.2＝505MPa；抗拉强度Rm＝924MPa，伸长率47％。
实施例3
采用电炉冶炼方式冶炼N06625合金，均质化温度1210℃，保温时间72h成分如上表所示，获得板坯料，板坯厚度180mm，成品板厚度20mm。第一火次轧制，加热温度1200℃，加热时间180min，出炉轧制，开始轧制温度1090℃，终轧温度890℃，中间坯厚度120mm，轧制道次为11道次，每道次变形量≤10％。第二火次轧制：第一阶段：坯料加热温度1200℃，加热时间180min，开轧温度1120℃，前三道次轧制变形量分别为11％、11％、13％，轧制三道次后板材表面温度1010℃。第二阶段：正常轧制，板材轧制厚度22mm时，表面温度940℃，第一和二阶段总变形量85％；第三阶段：控制板型轧制，终轧温度870℃，板材厚度20mm。板材退火温度980℃，保温时间60min，水冷。
板材实测晶粒度5.5级，屈服强度Rp0.2＝489MPa；抗拉强度Rm＝891MPa，伸长率50％。
对比例1
采用真空感应炉冶炼方式冶炼N06625合金，均质化温度1220℃，保温时间55h。成分如上表所示，获得板坯料，板坯厚度250mm，成品板厚度10mm。第一火次轧制，加热温度1200℃，加热时间250min，出炉轧制，开始轧制温度1100℃，终轧温度890℃，中间坯厚度68mm，轧制道次为13道次，每道次变形量5-15％。第二火次轧制：坯料加热温度1200℃，加热时间102min，开轧温度1110℃，终轧温度880℃，共轧制18道次，道次变形量介于5-10％之间，板材厚度10mm。板材退火温度980℃，保温时间30min，水冷。
板材实测晶粒度6级，屈服强度Rp0.2＝399MPa，抗拉强度Rm＝798MPa，伸长率＝48％。
对比例2
采用电炉冶炼方式冶炼N06625合金，均质化温度1230℃，保温时间58h成分如上表所示，获得板坯料，板坯厚度180mm，成品板厚度15mm。第一火次轧制，加热温度1200℃，加热时间180min，出炉轧制，开始轧制温度1090℃，终轧温度880℃，中间坯厚度120mm，轧制道次为13道次，每道次变形量≤10％。第二火次轧制：坯料加热温度1200℃，加热时间180min，开轧温度1120℃，终轧温度860℃，共轧制25道次，道次变形量介于5-10％之间，板材厚度15mm。板材退火温度980℃，保温时间45min，水冷。
板材实测晶粒度6.5级，屈服强度Rp0.2＝412MPa，抗拉强度Rm＝815MPa，伸长率＝44％。
对比例3
采用电炉冶炼方式冶炼N06625合金，均质化温度1210℃，保温时间72h成分如上表所示，获得板坯料，板坯厚度180mm，成品板厚度20mm。第一火次轧制，加热温度1200℃，加热时间180min，出炉轧制，开始轧制温度1090℃，终轧温度890℃，中间坯厚度120mm，轧制道次为11道次，每道次变形量≤10％。第二火次轧制：坯料加热温度1200℃，加热时间180min，开轧温度1120℃，终轧温度870℃，共轧制22道次，道次变形量介于5-10％之间，板材厚度20mm。板材退火温度980℃，保温时间60min，水冷。
板材实测晶粒度5.5级，屈服强度Rp0.2＝408MPa，抗拉强度Rm＝809MPa，伸长率＝49％。
对比例4
采用电炉冶炼方式冶炼N06625合金，均质化温度1230℃，保温时间56h成分如上表所示，获得板坯料，板坯厚度180mm，成品板厚度20mm。第一火次轧制，加热温度1200℃，加热时间180min，出炉轧制，开始轧制温度1090℃，终轧温度890℃，中间坯厚度120mm，轧制道次为11道次，每道次变形量≤10％。第二火次轧制：坯料加热温度1200℃，加热时间180min，开轧温度1120℃，终轧温度870℃，共轧制20道次，道次变形量介于5-10％之间，板材厚度20mm。板材退火温度980℃，保温时间60min，水冷。
板材实测晶粒度5.5级，屈服强度Rp0.2＝396MPa，抗拉强度Rm＝811MPa，伸长率＝51％。
对比例5
采用电炉冶炼方式冶炼N06625合金，均质化温度1230℃，保温时间56h成分如上表所示，获得板坯料，板坯厚度180mm，成品板厚度20mm。第一火次轧制，加热温度1200℃，加热时间180min，出炉轧制，开始轧制温度1090℃，终轧温度890℃，中间坯厚度120mm，轧制道次为11道次，每道次变形量≤10％。第二火次轧制：第一阶段：坯料加热温度1200℃，加热时间180min，开轧温度1120℃，前三道次轧制变形量分别为5％、7％、7％，轧制三道次后板材表面温度1040℃。第二阶段：正常轧制，但是每道次变形量均≤8％，板材轧制厚度22mm时，表面温度900℃。第三阶段：控制板型轧制，终轧温度850℃，板材厚度20mm。板材退火温度980℃，保温时间60min，水冷。
板材实测晶粒度5.5级，屈服强度Rp0.2＝377MPa；抗拉强度Rm＝811MPa，伸长率46％。虽然板材也轧制成型，但是无碳化物应变诱导析出作用，板材强度低。
本发明在上文中已以优选实施例公开，但是本领域的技术人员应理解的是，这些实施例仅用于描绘本发明，而不应理解为限制本发明的范围。应注意的是，凡是与这些实施例等效的变化与置换，均应视为涵盖于本发明的权利要求范围内。因此，本发明的保护范围应当以权利要求书中所界定的范围为准。
Claims (9)
1.一种镍基合金碳化物应变诱导析出轧制方法，其特征在于，包括：
(1)对坯料进行均质化热处理；
(2)对所述坯料依次进行第一火次轧制和第二火次轧制。
2.根据权利要求1所述的镍基合金碳化物应变诱导析出轧制方法，其特征在于，所述坯料通过将合金在真空感应炉或者电炉进行冶炼，而后采用连铸或者模铸获得。
3.根据权利要求1所述的镍基合金碳化物应变诱导析出轧制方法，其特征在于，所述均质化热处理温度1200-1250℃，保温时间48-72h。
4.根据权利要求1所述的镍基合金碳化物应变诱导析出轧制方法，其特征在于，所述第一火次轧制的坯料加热温度为1180-1220℃，总加热时间为1-1.5min/mm厚度，板材开始轧制温度≥1080℃，终轧温度≥850℃，轧后空冷。
5.根据权利要求4所述的镍基合金碳化物应变诱导析出轧制方法，其特征在于，所述第一火次轧制的轧制道次为7-15道次，每道次变形量≤10％。
6.根据权利要求1所述的镍基合金碳化物应变诱导析出轧制方法，其特征在于，所述第二火次轧制依次包括：
(1)加热
加热温度为1180-1200℃，总加热时间为1.0-1.5min/mm厚度；
(2)前三道次轧制
开轧温度≥1080℃，每道次变形量均大于10％，板材表面温度≥1000℃；
(3)正常轧制
控制总变形量为70％以上，板材表面温度≥930℃；
(4)控制板型轧制
终轧温度≥850℃。
7.一种镍基合金板材，其特征在于，采用权利要求1-6任一项所述的镍基合金碳化物应变诱导析出轧制方法进行轧制。
8.根据权利要求7所述的镍基合金板材，其特征在于，所述镍基合金板材为N06625。
9.根据权利要求7所述的镍基合金板材，其特征在于，所述镍基合金板材晶粒度≥5级时，屈服强度Rp0.2＞480MPa；抗拉强度Rm＞890MPa，伸长率大于47％。
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