[发明专利]一种高碳、铬含量的镍基变形高温合金及其制备方法

说明书

一种高碳、铬含量的镍基变形高温合金及其制备方法，采用析出强化的方式确保其具备良好的高温强度，同时加入较高的Cr元素含量以确保其良好的抗腐蚀性能。为避免较高Cr含量对组织稳定性及加工性造成的危害，合金中合金控制C元素含量的同时调整W、Mo、Nb、Al、Ti等元素含量及相对比例，最终避免加工及热处理过程中大尺寸的α‑Cr形成。按照本发明获得的材料由奥氏体、Ni₃Al(γ’)、少量α‑Cr及晶界M23C6型碳化物四种物相构成，其中晶内γ’强化相体积分数达到20％以上，α‑Cr及晶界碳化物体积分数分别不超过3％与5％。同时，具有优异的高温强度及良好抗腐蚀性能。

技术领域

本发明属高温合金领域，具体涉及一种高碳、铬含量的镍基变形高温合金及其制备方法，特别适用于超超临界燃煤机组过/再热器、主蒸汽管道与集箱等高温部件的使用性能需求。

背景技术

随着服役环境的日趋严苛，高温部件对材料的性能要求不断提升。例如随着燃煤机组蒸汽参数的不断增长，其对锅炉过/再热器、主蒸汽管道与集箱等部件的强度性能要求不管提高。与此同时，高温服役环境也不断对材料抗氧化/腐蚀性能的提出新的调整。随着蒸汽参数上升至700℃以上，具有高强耐蚀性能的高温合金已成为上述部件的唯一选择。为改善高温合金的抗腐蚀/氧化性能，其成分中一般需含有较高的Cr元素含量，但这也将造成组织不稳定，并容易促进α-Cr等TCP相析出，进而危害和金强度及加工性能。

近年来有关耐热钢的许多研究指出，当有效控制TCP相在合金中的尺寸及体积分数时，其不会对合金性能带来明显危害。此外，当控制TCP相尺寸在较小的范围时，甚至可以起到进一步强化合金的效果。在此基础上，国外已相继开发出了以CrNbN为强化相的HR3C、NF709合金；以LAVES为强化相的HR6W、18-30-3合金；以α-Cr为强化相的CR60A、HR35合金。此外，也先后完成了对上述大部分合金的加工变形。由此可见，通过合理控制合金成分及加工工艺参数，可以获得具有优异高温性能及良好加工性的新型合金材料。

α-Cr的析出主要与其在合金中过饱和固溶度、形核能以及Cr元素的固溶度等有关。因此，通过合金化元素的调整可以一定程度抑制α-Cr的形核与生长过程。其中，通过添加较高的C元素，并结合适当的热处理工艺参数促进过饱和固溶的Cr元素形成碳化物可以有效抑制针状α-Cr的形成。然而，过高的C元素含量也将对合金的加工成型性能造成影响。

发明内容

本发明的目的在于开发一种高碳、铬含量的镍基变形高温合金。

为了实现以上发明目的，本发明所采用的技术方案为：

一种高碳、铬含量的镍基变形高温合金，按质量百分数计，包括：C：0.1～0.18％，Cr：28～32％，Co：10～15％，Mn：≤0.5％，Si：≤0.5％，Mo：0.3～0.6％，W：5.0～7.0％，Nb：0.2～0.5％，Ti：2.0～2.5％，Al：1.0～1.5％，Fe：0.5～1.0％，余量为Ni。

本发明进一步的改进在于，当合金中Cr质量百分数高于30％时，C质量百分数不低于0.15％，Nb质量百分数不高于0.3％。

一种高碳、铬含量的镍基变形高温合金的制备方法，包括以下步骤；

1)合金冶炼：按质量百分数计，将C：0.1～0.18％，Cr：28～32％，Co：10～15％，Mn：≤0.5％，Si：≤0.5％，Mo：0.3～0.6％，W：5.0～7.0％，Nb：0.2～0.5％，Ti：2.0～2.5％，Al：1.0～1.5％，Fe：0.5～1.0％，余量为Ni，加入到真空感应炉中，在真空下以及氩气保护下，进行冶炼，精炼，得到合金铸锭；

2)高温轧制：将合金铸锭在950-1020℃保温0.5-1.0小时，随后在1160-1200℃进行24-72小时的均匀化处理，最后将其在γ’溶解温度以上50-100℃进行高温轧制，每道次变形量15-25％，总变形量不低于60％；