[发明专利]Ni基锻造合金材料的制造方法

说明书

本发明为一种Ni基锻造合金材料的制造方法，该Ni基锻造合金材料具有在700℃的温度时在γ相的母相中析出50体积％以上70体积％以下的γ’相的化学组成，γ’相包含在γ相的晶粒中析出的时效析出γ’相粒和在γ相的晶粒之间析出且Ni和Al的含有率高于时效析出γ’相粒的共晶反应γ’相粒，该制造方法具有：熔解/铸造工序，将原料熔解、铸造，形成合金铸锭；准均质化热处理工序，对合金铸锭实施均热处理，准备准均质化合金铸锭；锻造加工工序，对准均质化合金铸锭实施锻造加工，形成锻造加工成形材；溶体化/结晶粗大化热处理工序，将锻造加工成形材加热，准备再结晶粗大化材；以及时效热处理工序，使时效析出γ’相粒在γ相中析出。

本发明是申请号为2017800503252、申请日为2017年11月17日、发明名称为“Ni基锻造合金材料以及使用其的涡轮高温部件”的发明申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及Ni(镍)基锻造合金的技术，尤其是涉及高温时的机械特性优异的Ni基锻造合金材料的制造方法。

背景技术

对于飞机、火力发电厂的涡轮(燃气涡轮、蒸汽涡轮)，以提高热效率为目的的主流体温度的高温化成为一个技术趋势，提高涡轮部件的高温机械特性是重要的技术课题。暴露于最为严酷环境下的涡轮高温部件(例如，涡轮叶片(动叶片、固定叶片)、涡轮盘、燃烧器部件、锅炉部件)由于反复受到运行中的旋转离心力、振动、伴随起动/停止的热应力，从而提高机械特性(例如，蠕变特性、拉伸特性、疲劳特性)尤为重要。

为了满足所要求的各种机械特性，作为涡轮高温部件的材料，广泛使用析出强化Ni基合金材料。尤其是在高温特性变得重要的情况下，使用提高了在成为母相的γ(Gamma)相中析出的γ’(Gamma Prime)相(例如Ni₃(Al,Ti,Ta)相)的比率的强析出强化Ni基合金材料(例如，析出30体积％以上的γ’相的Ni基合金材料)。

为了实现涡轮的高效率化，不仅上述主流体温度的高温化是有效的，通过涡轮叶片(动叶片、固定叶片)的长尺化来扩大涡轮环带面积、通过涡轮叶片的薄壁化来降低主流体的流动损失也是有效的。而且，为了应对涡轮叶片的长尺化、薄壁化，对涡轮叶片的材料要求相比于以往更高的拉伸特性以及疲劳特性。

对于涡轮叶片，一直以来蠕变特性受到重视，因此为了满足该蠕变特性的要求，多采用通过精密铸造法(特别是单向凝固法、单晶凝固法)所制造的Ni基铸造合金材料。这是因为横穿应力方向的晶界少时对于蠕变特性而言是有利的。

另一方面，对于涡轮盘、燃烧器部件，相比于蠕变特性，更多地重视拉伸特性、疲劳特性，因而经常使用由热锻法制造的Ni基锻造合金材料。这是因为晶体粒径小(晶界密度高)时对于拉伸特性、疲劳特性而言是有利的。

这里，在考虑到应对涡轮叶片的长尺化、薄壁化时，由于单向凝固、单晶生长中的长尺化、薄壁化在制造技术方面的障碍非常高，因此担心由单向凝固材、单晶凝固材构成的涡轮叶片的制造成品率大幅下降(即制造成本大幅增加)。换言之，以锻造合金材料为基础，开发满足涡轮叶片所要求的高温特性(例如，蠕变特性)的材料，从制造成本的观点出发被认为是有利的。

如上所述，析出强化Ni基合金材料中，为了提高高温特性，一般提高γ’相的体积率。但是，如果要提高锻造合金材料中γ’相的体积率，则会有加工性、成形性恶化而制造成品率易于下降(制造成本易于增加)的缺点。因此，在研究Ni基锻造合金材料的特性提高的同时，也进行了各种稳定制造该Ni基锻造合金材料的技术研究。