一种具有长时持久寿命的镍基高温合金及其制备方法与流程

本发明属于合金材料锻造，具体涉及一种具有长时持久寿命的镍基高温合金及其制备方法。

背景技术：

1、随着先进超超临界蒸汽机组温度的进一步提高，现有的9-12cr铁素体耐热钢和cr-ni奥氏体耐热钢都无法达到700℃以上温度1×105h长时持久最低应力100mpa的水平。当温度在700~760℃时，超超临界电站锅炉和透平最高温度部件必须使用镍基高温合金。超超临界汽轮机叶片用镍基高温合金承受温度高，应力复杂，服役工况恶劣，除了需要具备良好的高温抗氧化性能、耐腐蚀性能、力学性能以外，还需要具备良好的长时组织稳定性和持久寿命。超超临界机组的快速发展，对先进高性能合金材料的需要也越来越大。虽然实验室已经能够制备出超超临界汽轮机叶片用镍基高温合金材料，但是批量生产后发现组织并不均匀，包括晶粒大小分布杂乱，不同区域成分差异大等，最终造成长时持久性能稳定性差。

2、因此，针对上述所存在长时持久性能稳定性差的技术问题缺陷，急需设计和开发一种具有长时持久寿命的镍基高温合金及其制备方法。

技术实现思路

1、为克服上述现有技术存在的不足及困难，本发明的第一目的在于提供一种具有长时持久寿命的镍基高温合金。

2、本发明的第二目的在于提供一种具有长时持久寿命镍基高温合金的制备方法。

3、本发明的第一目的是这样实现的：所述镍基高温合金具有均匀双重晶粒度组织；

4、所述镍基高温合金的成分按如下质量百分比组成：c：0.050~0.065，cr：19.3~20.0，al：1.2~1.5，ti：2.4~2.6，b：0.01~0.04，mg：0.012~0.020，其余部分为镍和不可避免的杂质。

5、本发明的第二目的是这样实现的：所述方法应用于所述的镍基高温合金；所述方法包括步骤：预热，真空感应熔炼，锭子扒皮，锻造和热处理；

6、预热：在进行真空感应熔炼之前，钢锭膜在300℃预热12h，纯cr、纯ni、纯ti在110℃保温6h，真空感应炉在10kw预热3h；准备就绪后，将钢锭膜转移到真空感应炉中指定位置，同时将原材料放到感应坩埚中，关闭感应炉盖子，准备抽真空；

7、真空感应熔炼：抽真空到0.1pa；缓慢提高功率至10kw，3min后打开气阀除气10s；继续提高功率到20kw，3min后打开气阀除气10s；继续提高功率到30kw，10min后打开气阀除气10s；缓慢提高功率到50kw，化清原材料后，缓慢降低功率到10kw加nic，然后降低功率到0kw，冷却30min；在10min内缓慢提升功率到45kw，35kw时打开罗茨泵除气10s；再次化清后在45kw保持1min，然后缓慢降低功率到10kw加nib；降低功率到0kw，冷却30min；在5min内缓慢提升功率到40kw，再次化清后直接降低功率到0kw，加nimg；待合金表面结膜后，在12min内逐步提升功率到50kw保持2min，降低到30kw保持1min，降低到10kw保持1min，然后在25s内浇铸完毕；铸锭直径约为100~110mm；

8、锭子扒皮：通过机械加工的方法，将圆铸锭上下两头切除以及表面车削干净，去除缺陷层，扒皮以后的锭子直径约为80mm；

9、锻造：炉温在500℃时，将表面车削好的锭子放进炉中进行均匀化退火处理，锭子为垂直摆放；炉温在4h内缓慢升至1100~1140℃，保温16h；随后进行锻造，初次锻造变形量为15~20%，然后回炉保温1h；再次进行锻造，锻造变形量为35~45%，然后再回炉保温1h；最后进行终锻，锻造变形量为85.0~86.5%；热锻后的圆棒直径为30mm左右；

10、热处理：将直径约为30mm左右的圆棒进行如下工艺热处理：1070℃保温8h，空冷；845℃保温24h，空冷；700℃保温16h，空冷。

11、本发明方案提供具有长时持久寿命的镍基高温合金；所述镍基高温合金具有均匀双重晶粒度组织；所述镍基高温合金的成分按如下质量百分比组成：c：0.050~0.065，cr：19.3~20.0，al：1.2~1.5，ti：2.4~2.6，b：0.01~0.04，mg：0.012~0.020，其余部分为镍和不可避免的杂质。结合所述镍基高温合金的制备方法，可以制得均匀双重晶粒度组织且长时持久寿命高的镍基高温合金。在650℃/300mpa条件下的长时持久寿命可达11500h；在600℃/450mpa条件下的长时持久寿命可达10700h。在700℃/200mpa条件下的长时持久寿命可达12400-13400h。

技术特征：

1.一种具有长时持久寿命的镍基高温合金，其特征在于，所述镍基高温合金具有均匀双重晶粒度组织；

2.根据权利要求1所述的一种具有长时持久寿命的镍基高温合金，其特征在于，所述镍基高温合金的成分按如下质量百分比组成：c：0.061%；cr：19.4%；al：1.45%；ti：2.49%；b：0.012%；mg：0.012%；p：<0.001%；s：<0.001%；ni：余量。

3.根据权利要求1所述的一种具有长时持久寿命的镍基高温合金，其特征在于，所述镍基高温合金的成分按如下质量百分比组成：c：0.063%；cr：19.9%；al：1.26%；ti：2.54%；b：0.015%；mg：0.018%；p：<0.001%；s：<0.001%；ni：余量。

4.根据权利要求1所述的一种具有长时持久寿命的镍基高温合金，其特征在于，所述镍基高温合金的成分按如下质量百分比组成：c：0.053%；cr：19.5%；al：1.39%；ti：2.56%；b：0.021%；mg：0.019%；p：<0.001%；s：<0.001%；ni：余量。

5.根据权利要求1所述的一种具有长时持久寿命的镍基高温合金，其特征在于，所述镍基高温合金的成分按如下质量百分比组成：c：0.065%；cr：19.8%；al：1.50%；ti：2.55%；b：0.032%；mg：0.016%；p：<0.001%；s：<0.001%；ni：余量。

6.一种具有长时持久寿命镍基高温合金的制备方法，其特征在于，所述方法应用于如权利要求1-5中任一项所述的镍基高温合金；

7.根据权利要求1所述的一种具有长时持久寿命镍基高温合金的制备方法，其特征在于，所述方法包括步骤：预热，真空感应熔炼，锭子扒皮，锻造和热处理；

8.根据权利要求1所述的一种具有长时持久寿命镍基高温合金的制备方法，其特征在于，所述方法包括步骤：预热，真空感应熔炼，锭子扒皮，锻造和热处理；

9.根据权利要求1所述的一种具有长时持久寿命镍基高温合金的制备方法，其特征在于，所述方法包括步骤：预热，真空感应熔炼，锭子扒皮，锻造和热处理；

10.根据权利要求1所述的一种具有长时持久寿命镍基高温合金的制备方法，其特征在于，所述方法包括步骤：预热，真空感应熔炼，锭子扒皮，锻造和热处理；

技术总结本发明属于合金材料锻造技术领域，具体涉及一种具有长时持久寿命的镍基高温合金及其制备方法。本发明方案提供一种具有长时持久寿命的镍基高温合金；所述镍基高温合金具有均匀双重晶粒度组织；所述镍基高温合金的成分按如下质量百分比组成：C：0.050~0.065，Cr：19.3~20.0，Al：1.2~1.5，Ti：2.4~2.6，B：0.01~0.04，Mg：0.012~0.020，其余部分为镍和不可避免的杂质。结合所述镍基高温合金的制备方法，可以制得均匀双重晶粒度组织且长时持久寿命高的镍基高温合金。在650℃/300MPa条件下的长时持久寿命可达11500h；在600℃/450MPa条件下的长时持久寿命可达10700h。在700℃/200MPa条件下的长时持久寿命可达12400‑13400h。技术研发人员：徐裕来,谭志龙,巫小飞,王兴宇,罗仙慧,彭韬受保护的技术使用者：贵研功能材料（云南）有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/5