[发明专利]一种高强度耐腐蚀镍基高温合金及其制造方法

摘要

本发明的一种高强度耐腐蚀镍基高温合金，其特征在于以质量百分比计算为：Co 21.5‑21.8、Cr 17.5‑17.8、Mo 6.5‑7、W 2.6‑2.8、Ta 2.1‑2.7、Al 2.1‑2.6、Ti 1.7‑2.8、Re 3.1‑3.2、Nb 2.8‑3.2、Mn 0.25‑0.3％；Si 0.2‑0.3、C 0.04‑0.08、Ru 0.1‑0.2、B 0.0005‑0.0015、Sc 0.005～0.05、Fe 6‑7、Hf 0.10～0.20、Mg 0.01～0.1，余量由Ni和不可避免的杂质构成；镍基高温合金的组织由基体γ、主要强化相为γ'、其余析出物中是少量的MC碳化物和M3B2硼化物组成，其中γ'相的粒径为60～500nm，γ'相其析出量为86‑88 vol％，该镍基高温合金在1000℃和300MPa条件下的持久寿命≥135h，在1200℃和120MPa条件下持久寿命≥120h；该镍基高温合金在900℃时瞬时拉深性能是屈服强度≥850MPa，抗拉强度≥980MPa，在1000℃时屈服强度≥700MPa，抗拉强度≥900MPa。

主权项

1.一种高强度耐腐蚀镍基高温合金的制造方法，镍基高温合金成分在于以质量百分比计算为：Co 21.5‑21.8、Cr 17.5‑17.8、Mo 6.5‑7、W 2.6‑2.8、Ta 2.1‑2.7、Al 2.1‑2.6、Ti 1.7‑2.8、Re 3.1‑3.2、Nb 2.8‑3.2、Mn 0.25‑0.3、Si 0.2‑0.3、C 0.04‑0.08、Ru 0.1‑0.2、B 0.0005‑0.0015、Sc 0.005～0.05、Fe 6‑7、Hf 0.10～0.20、Mg 0.01～0.1，余量由Ni和不可避免的杂质构成；制备步骤如下：（1) 真空感应熔炼 按所述合金化学成分配比进行配料，加入真空感应熔炼炉中进行熔炼，熔炼过程分别进行熔化、精炼、降温、合金化及浇注；在熔化步骤中，选取Co质量比为81‑82%的Ni‑Co中间合金，选取Cr质量比为50‑52%的Ni‑Cr中间合金，选取Mo质量比为63‑65%的Ni‑Mo中间合金，选取Fe质量比为35‑36%的Fe‑Mo中间合金，W、Ta、Re、Nb、Ru、Hf选取合适的中间合金，Al、Ti、Mn、Si、C、B、Sc选取合适的中间合金或单质；将原料按照分别装入坩埚，完全熔化后精炼30～50min，精炼过程添加的精炼剂是Ba‑Al‑Ca‑Sr四元合金，Ba∶Al∶Ca∶Sr质量比为5∶3∶1∶1，精炼剂加入量占坩埚中合金总质量的1.8‑2%，在精炼期后段加入质量分数为2‑3%的CaO粉进行脱硫，精炼结束后使用电磁搅拌，一个周期内电磁搅拌5‑8min，停3‑5min，根据原料的纯度可以进行1‑3个周期的搅拌；并且在真空感应熔炼炉熔炼过程中控制的碳氧含量比例，使碳氧含量比例为1∶1.3‑1.4，倒出合金溶液时加入Mg质量分数为14‑15%的Ni‑Mg中间合金，加入量为0.2‑0.25%；搅拌、扒渣，当合金液熔体温度达到1500～1800℃浇注温度后进行浇注，将合金液熔体浇注在于200‑250℃预热的锭模中制成直径300‑350mm的电极棒；（2）电渣从熔 电渣渣量质量配比为CaF2 ∶Al2O3 ∶CaO∶MgO∶SiO2＝65‑67∶15‑20∶10‑15∶3‑5∶3‑5，先加电极棒，装好结晶器，加好引弧剂，开始电压40‑45伏，稳定电流为2000－2500A，引弧后加入上述电渣，将渣料熔化在电炉中，待渣熔化后，稳定以上电流，进入熔化状态，将电极棒熔化，等结晶器合金液到设定区域后停电，冷却10‑12分钟后，冷却凝固形成直径250‑300mm的棒材；得到的电渣锭加热到1150℃，保温2h，在950℃温度下，开坯锻造成方坯，经表面清理、干法打磨后，再将方坯在1150℃加热2h后，在950℃温度下，锻造拔长自由成为直径为200‑250mm的棒材，总锻造比为6‑8；（3）热处理 将直径为200‑250mm的棒材进行热处理，所采用的热处理工艺为：首先以150‑200℃/min的加热速度升温到1000～1100℃后保温3h，随后以100‑150℃/min的加热速度升温到1300±5℃保温6h，随后空冷至室温；之后在1100±5℃保温5h，随后空冷至室温；之后在935℃保温10～15h，随后空冷至室温；镍基高温合金的组织由基体γ、主要强化相为γ'、其余析出物中是少量的MC 碳化物和M3B2 硼化物组成，其中γ'相的粒径为60～500nm，γ'相其析出量为86‑88 vol％，该镍基高温合金在1000℃和300MPa条件下的持久寿命≥135h，在1200℃和120MPa条件下持久寿命≥120h；该镍基高温合金在900℃时瞬时拉深性能是屈服强度≥850MPa，抗拉强度≥980MPa，在1000℃时屈服强度≥700MPa，抗拉强度≥900MPa。