[发明专利]一种直径≥350mm的镍铜合金锻制棒材及其制造方法

说明书

一种直径≥350mm的镍铜合金锻制棒材及其制造方法，其化学成分重量百分比为：C 0.09～0.12％，Cu 24.0～26.5％，Al 2.8～3.2％，Ti 0.35～0.60％，还含B，且0.2≤B/C≤0.6，其余为Ni和其它不可避免杂质。本发明通过C、Cu和B/C含量的优化和设计，调控合金中碳化硼的析出，减小枝晶间距，提高合金直径≥600mm大型钢锭的加工性能，解决大型钢锭锻造易开裂的问题。所述棒材的室温屈服强度≥600MPa，延伸率≥20％，断面收缩率Z≥40％，按照YB/T 5632‑2006中MgClsubgt;2/subgt;溶液应力腐蚀试验进行测试，将试样浸泡于42％的沸腾MgClsubgt;2/subgt;溶液中，试样出现宏观裂纹的时间≥20天。所述棒材适用于制造大型的耐海水环境的结构件。

技术领域

本发明属于镍铜合金加工技术领域，具体涉及一种直径≥350mm的镍铜合金锻制棒材及其制造方法。

背景技术

以UNS N05500合金(该合金化学成分重量百分比为：C≤2.5％，Cu：27.0～33.0％，Ti：0.35～0.85，Al：2.3～3.15％，Si≤0.5％，Mn≤1.5％，Fe≤2.0％，其余为Ni和不可避免的杂质)为代表的时效强化镍铜合金，因具有高强度和抗海水腐蚀和抗冲刷能力，组织稳定，广泛应用于炼油、化工、航海和医疗器械等领域。

随着我国海洋装备制造业的快速发展，对UNS N05500合金棒材的需求日益剧增，特别是直径≥350mm的大规格锻制棒材的需求更加迫切。通过对传统UNS N05500合金材料的研究和试制，发现大规格锻制棒材的制造存在三个问题：

第一，UNS N05500合金大规格棒材的制造必须要大规格的钢锭，然而该合金C、Al、Ti含量高，大型钢锭(直径≧500mm)在冶炼凝固时易出现C、Al、Ti元素偏析，从而引起大量的脆性析出相在钢锭心部聚集，产生组织应力，使得锻造加工时产生大量的心部微裂纹，导致报废(如附图1所示)；

第二，合金成分中Cu含量高达27.0～33.0％，使得合金凝固时树枝晶发达，疏松率大，特别是大型钢锭凝固时心部更容易出现上述问题，也导致合金锻造中心开裂；

第三，海洋装备对UNS N05500合金棒材的性能也提出了苛刻的性能要求，要求所用棒材时效态的屈服强度Rp0.2≥570Mpa，同时断面收缩率Z≥40％，然而目前直径≥350mm的棒材不能同时满足上述性能要求。

中国专利CN107338369A公开了“一种镍铜合金棒材及其制备方法”，所述棒材成分按质量百分比为：Cu：30～32％、Si：3.9～4.3％、Fe：1.5～2.8％、Mn：0.5～1.5％，杂质元素≤0.3％，其余为Ni；通过母合金锭的制备、浇注棒材、固溶热处理和时效热处理得到镍铜合金棒材。该方法制造的棒材采用精密铸造，未采用锻制的工艺，且最大直径仅有40mm，性能也不能满足要求。

中国专利CN10564827A公开了“一种低温冲击性能优异的镍铜合金”，同时还公开了其生产工艺。所述镍铜合金的成分重量百分比为：Cu：28.5～32.5％，Al：2.74～3.2％，Ti：0.47～0.6％，Mn：1.18～1.28％，Si：0.33～0.38％，C：0.057～0.085％，S≤0.002％，余量为Ni。该专利发明的合金主要应用于LNG船低温轴，目的是提高镍铜合金的低温冲击性能，因此合金控制了较低的C含量。采用该方法制造高强度的棒材困难较大。

中国专利CN102925753A公开了“一种具有高强度高耐腐蚀性的镍铜合金及其制造方法”，所述镍铜合金的成分重量百分比为：Cu：36～44％、Fe：0.2～1.0％、Mn：1.25～2.25％、Si：0.15～0.1％、Mg：0.05～0.1％，Ti：0.1～0.15％，余量为Ni及不可避免的杂质，不可避免的杂质≤0.5％，其抗拉强度Rm为670～720MPa，延伸率为6-7.5％，采用该方法制造本发明的直径≥350mm的棒材，其延伸率不能满足要求。