[发明专利]一种高强度Fe-Ni-Cr基高温耐蚀合金的复合强韧化工艺

说明书

技术领域

本发明涉及高强度高温耐蚀合金热处理技术领域，尤其涉及一种酸性油气 开发应用的高强度Fe-Ni-Cr基高温耐蚀合金的锻造和热处理工艺。

背景技术

Fe-Ni-Cr基合金(国外同类具有代表性的有Incoloy925)是一种时效强化型 高强度高温耐蚀合金。Fe-Ni-Cr基高温耐蚀合金传统的强化工艺是固溶+时效强 化处理。固溶处理的目的是得到均匀的过饱和固溶体，并控制晶粒度。时效处 理的目的是使强化相(碳化物、金属间化合物)充分而均匀地析出，时效温度 要保证强化相的颗粒大小及最终强化效果。就石油、天然气行业应用而言，在 合金拥有一定的耐腐蚀性的基础上，制约其抗硫化物应力腐蚀开裂性能的关键 因素就是其断裂韧性(通常可以近似用冲击韧性或冲击功替代)。Incoloy925合 金具有良好的韧性，然而机械强度比已经广泛应用的镍基高温合金Inconel718 低约275MPa(40ksi)，较低的强度限制了它的进一步推广应用。因此，如何在 不降低抗硫化物应力腐蚀开裂及冲击韧性的基础上，进一步提高合金的强度就 成为了国内外机构研究的重点。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种通过锻造+时效热 处理复合热处理来增强Fe-Ni-Cr基高温耐蚀合金力学性能的工艺方法。

为此，本发明采用了如下技术方案：

一种高强度Fe-Ni-Cr基高温耐蚀合金的复合强韧化工艺方法，包括以下工 艺步骤：

(1)合金冶金工艺

冶金工艺采用真空感应熔炼配合电渣重熔双联冶炼方式，按照Fe-Ni-Cr基 高温耐蚀合金的成分配比加入原料，在50KG真空感应熔炼炉中熔炼，熔炼真 空度保持在0.1Pa左右，浇注温度控制在1430–1480℃。

上述确保合金化学成分的前提下，尽可能去除合金中C、S、P、H、O、N、 Pb、Se、Te、Bi等有害气体、有害杂质，达到减少有害相、改善晶界结构和提 高性能。

真空熔炼制成的合金电极棒(φ200mm)经打磨修整后，进行电渣重熔， 电渣重熔锭直径一般控制在φ400mm左右，对合金电渣锭进行高温扩散退火， 退火温度选择在1160℃±10℃，保温时间1h。

通过上述工艺处理，在不致引起Cu、Ti、Al等元素大量挥发的前提下， 进一步去除合金中的有害杂质、精确控制有益微量元素、减少冶金缺陷、改变 铸态组织结构，提高并确保合金的塑韧性和热加工性能。

(2)合金锻造工艺

锻造工艺是首先随炉升温在1160℃±10℃保温退火1h，取出自由锻开坯， 然后在930-980℃下等温锻造或快速旋转锻造，锻后在冷却介质中快速冷却， 以此保持合金中细小晶粒及亚稳态组织，通过后续有效的强韧化处理，提高合 金的强度、塑韧性及抗应力腐蚀性能。

(3)强韧化工艺

对锻造后的合金锻棒直接进行时效强韧化，合金强韧化处理采用二级时效： 第一级时效采用(730-750)℃×(8-10)h，炉冷，目的在于获得弥散度较大的 析出强化相；第二级时效采用(620-650)℃×(8-10)h，空冷，目的是使强化 相析出达到足够的程度并控制其颗粒大小。二级时效可以获得分布较密且弥散 均匀的析出相，对提高合金的强度和韧性至关重要。

进一步地，所述Fe-Ni-Cr基高温耐蚀合金的主要成分含量满足以下条件：

42.0-46.0wt.％的Ni，19.5-22.5wt.％的Cr，2.50-3.50wt.％的Mo，0.20-0.50wt.％ 的Al，1.90-2.40wt％的Ti，0-0.5wt.％的(Nb+Ta)，1.50-3.00wt.％的Cu，至少 22.0wt.％的Fe。

进一步地，所述Fe-Ni-Cr基高温耐蚀合金的微量元素满足以下条件：

0-0.0005wt.％的S，0-0.010wt.％的P，0-0.0095wt.％的C，0-5ppm的Pb， 0-6ppm的Bi，0-0.0035wt.％的B。

进一步地，步骤(1)采用ZG1-0.05中频感应熔炼炉进行真空感应熔炼， 采用双臂电渣炉进行电渣重熔；步骤(2)中采用1吨电液锤进行锻造；步骤(3) 中采用SX2-15-13箱式电阻炉进行时效处理。