[发明专利]Ni基超耐热合金及其生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及Ni基超耐热合金(Ni-based heat-resistant superalloy)及其生产方法。

背景技术

包含大量合金元素如Al和Ti的γ'(伽玛撇)相析出强化型Ni基合金已应用于航空发动机和发电用燃气轮机的耐热构件中。

特别地，涡轮组件中的涡轮盘需要高强度和高依赖性，已应用Ni基锻造合金。术语"锻造合金"用来与术语"铸造合金"相对，"铸造合金"是使用其铸造凝固结构的合金的术语，并且是通过由熔融凝固获得的锭(ingot)的热加工工序以使锭具有期望的组件形状而生产的材料。归因于热加工，将粗大且非均质的铸造凝固结构转化为微细且均质的锻造结构，从而改进机械特性如拉伸强度和疲劳特性。然而，如果太多的其为强化相的γ'相存在于结构中，可能变得难以进行以冲锻(press forging)为代表的热加工，将引起生产期间的缺陷。为了防止它，锻造合金的组成的如有助于强化的Al和Ti的成分的含量通常有限地大于不进行热加工的铸造合金的含量。可提到Udimet 720Li("Udimet"为Special Metals Corporation的注册商标)作为目前具有最高强度的涡轮盘材料，并且该材料中，Al和Ti的量分别为2.5质量％和5.0质量％。

为了改进材料强度，已实施通过使用粉末冶金法生产Ni基合金的工序来代替常规的锭熔融工序。与通过熔融锻造法获得的合金相比，根据该方法，合金组成可包括较大量的上述强化元素。然而，为了防止杂质污染，进行生产工序的高水平管理是不可避免的，因此，生产成本高，结果，该生产方法用于有限的用途。

如上所述，用于涡轮盘的锻造合金具有同时实现高强度和高热加工性的显著问题，因此，已开发可解决该问题的合金组成和生产方法。

例如，WO 2006/059805A公开了通过常规的熔融锻造法可生产的高强度合金。该合金的组成包含量比Udimet 720Li的组成大的Ti，并另外包含大量的Co，因此提高其结构的稳定性并使其能够被热加工。

已存在通过生产方法改进热加工性的另一尝试。"第11届超合金国际研讨会论文集"(TMS,2008),pp.311-316，公开了与Udimet 720Li的锻造构件有关的实验报告，其中当材料从1,110℃的升高温度冷却时随着冷却速度降低更加改进热加工性。

现有技术文献

专利文献

[专利文献1]WO 2006/059805A

非专利文献

[非专利文献1]"第11届超合金国际研讨会论文集"(TMS,2008),pp.311-316

发明内容

发明要解决的问题

上述专利文献中公开的合金具有作为锻造合金的非常优异的特性，但是其中可加工的温度范围窄，因此，每次工序中必须以小加工量热加工合金，结果，推测生产工序中必须多次重复加工和再加热。如果改进热加工性，可减少生产所需的时间和能量。另外，可获得具有接近最终产品的形状的合金材料，从而还改进材料的产量。

此外，尽管上述非专利文献中公开的通过改变热处理条件来改进热加工性这样的知识是重要的，但是非专利文献的评价为在经历热加工后结构已均质化的材料的评价。在这些情况下，仍期望在更难以进行加工的初期加工阶段、即在热加工具有非均质的铸造凝固结构的锭的阶段改进热加工性的方法。

本发明的目的为提供具有足够用于航空发动机和发电用燃气轮机的高强度、并具有优良的热加工性的Ni基超耐热合金，和其生产方法。

用于解决问题的方案

本发明的发明人已检查具有各种结构的合金的生产方法，并发现通过选择适当的加热工序并控制其为强化相的γ'相的粒径可显著改进热加工性。

根据本发明的一个方面，提供Ni基超耐热合金的生产方法，该方法包括以下步骤：提供具有由以质量计的0.001至0.05％的C、1.0至4.0％的Al、4.5至7.0％的Ti、12至18％的Cr、14至27％的Co、1.5至4.5％的Mo、0.5至2.5％的W、0.001至0.05％的B、0.001至0.1％的Zr、以及余量的Ni和不可避免杂质构成的组成的待热加工材料；在具有1,130至1,200℃的范围的温度下加热待热加工材料至少2小时；以至多0.03℃/秒的冷却速度将通过加热步骤加热的待热加工材料冷却至热加工温度以下；和冷却步骤后将待热加工材料进行热加工。