難變形高溫合金和難變形高溫合金件的制備方法
【專利摘要】提供了一種難變形高溫合金及其制備方法，該制備方法提高難變形高溫合金鋼錠質(zhì)量、改善難變形高溫合金熱塑性和預(yù)防鍛造熱加工過程開裂。所述難變形高溫合金的成分范圍按重量百分比計為：0%≤C≤0.1%，16.5%≤Cr≤19.5%，13.5%≤Co≤16.0%，1.0%≤W≤2.0%，2.5%≤Mo≤3.5%，2.0%≤Al≤3.0%，4.5%≤Ti≤5.5%，0%≤Fe≤1.0%，0.01%≤B≤0.03%，0%≤Zr≤0.06%，0%≤S≤0.002%，0%≤Si≤0.15%，0%≤Mn≤0.15%，余量為Ni和其它不可避免的雜質(zhì)。
【專利說明】難變形高溫合金和難變形高溫合金件的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及合金冶煉領(lǐng)域，具體地說，涉及一種難變形高溫合金和一種難變形高溫合金件的制備方法，該制備方法能夠提高難變形高溫合金件的質(zhì)量、改善難變形高溫合金件的熱塑性和預(yù)防鍛造熱加工過程中的開裂。
【背景技術(shù)】[0002]在制備難變形高溫合金件時，具體地說，在難變形高溫合金件的鍛造熱加工過程中，變形抗力大，變形溫度區(qū)間窄，熱加工塑性差，在熱加工變形過程中容易開裂，需要增加打磨次數(shù)和熱加工火次才能成材，因而降低了難變形高溫合金件的成材率、增加了能源消耗和勞動成本，甚至造成整支鋼錠或坯料的報廢，造成巨大的經(jīng)濟損失。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的之一在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的一個或多個問題。
[0004]本發(fā)明的目的在于通過優(yōu)化冶煉、澆注工藝參數(shù)和錠型來提高難變形高溫合金純潔度、改善鋼錠質(zhì)量，從而提高難變形高溫合金熱塑性，并在鍛造熱加工過程中進行保溫處理工藝，采用弧形砧(或V型砧)鍛造拔長工藝和模鍛鐓粗成型工藝預(yù)防鍛造熱加工過程開裂，以降低生產(chǎn)成本和提高成材率,制備出合格的產(chǎn)品。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種難變形高溫合金，所述難變形高溫合金的成分按重量百分比計為:0% ^ C ^ 0.1%，16.5% ^ Cr ^ 19.5%, 13.5% ^ Co ^ 16.0%,
1.0% ≤ W ≤ 2.0%, 2.5% ≤ Mo ≤ 3.5%, 2.0% ≤ Al ≤ 3.0%, 4.5% ≤ Ti ≤ 5.5%, 0% ≤ Fe ≤ 1.0%,
0.01% ≤ B ≤ 0.03%, 0% ^ Zr ^ 0.06%, 0% ≤ S ≤ 0.002%, 0% ≤ Si ≤ 0.15%, 0% ≤ Mn ≤ 0.15%,余量為Ni和其它不可避免的雜質(zhì)。
[0006]所述難變形高溫合金的成分按重量百分比計為:C為0.075%, Cr為18.0%，Co為15.0%, W 為 1.5%, Mo 為 3.0%, Al 為 2.5%, Ti 為 5%, B 為 0.02%, Zr 為 0.04%,余量為 Ni 和其它不可避免的雜質(zhì)。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種難變形高溫合金件的制備方法所述方法包括下述步驟:Ca)熔煉，熔煉得到如下成分的合金:0%≤C≤0.1%，16.5% ^ Cr ^ 19.5%，13.5% ^ Co ^ 16.0%, 1.0% ^ W ^ 2.0%, 2.5% ^ Mo ^ 3.5%, 2.0% ^ Al ^ 3.0%,4.5% ≤ Ti ≤ 5.5%, 0% ≤ Fe ≤ 1.0%, 0.01% ≤ B ≤ 0.03%, 0% ^ Zr ^ 0.06%, 0% ≤ S ≤ 0.002%,0%≤Si≤0.15%,0%≤Mn≤0.15%，余量為Ni和其它不可避免的雜質(zhì)；(b)澆鑄，采用上注法澆鑄；(c)重熔，熔煉電壓為22V-30V，熔煉電流為2000A-3000A、熔滴速率為3滴/s_6滴/s，并且采用水冷與充氦氣冷卻相結(jié)合的冷卻方式，用氦氣壓強為100Pa-200Pa工藝生產(chǎn)出重熔鋼錠；(d)熱加工鍛造:在鋼錠加熱出爐后鍛造前設(shè)置保溫處理工藝，所述保溫處理工藝為在硅酸鋁保溫棉上撒上一層玻璃粉末，使鋼錠表面粘結(jié)一層硅酸鋁保溫棉進行保溫處理后，采用無拉應(yīng)力弧形砧對鋼錠進行鍛造拔長。[0008]所述制備方法中的熔煉步驟包括分批裝料步驟，在所述熔煉的分批裝料步驟中，除易燒損元素原材料C塊重量的1/3的C和原材料Al條重量的1/3的Al、Ti和微合金化元素B、Zr原料外，其它元素原料均一次裝爐，隨爐裝入生石灰，在脫硫脫氮脫氧精煉完成后，加入易燒損元素原材料C塊重量的1/3的C和原材料Al條重量的1/3的Al、Ti，出鋼前5分鐘加入B、Zr原料。
[0009]所述制備方法中的澆鑄步驟過程中的錠型為φ240mm。
[0010]所述制備方法中的澆鑄步驟過程中使用的錠模用鋼水燙過，上部加保溫帽口，澆注口與保溫冒口距離小于300mm，保持鋼液成股流下。
[0011]所述制備方法中的重熔步驟得到φ305mm的重熔鋼錠。
[0012]所述制備方法中的熱加工鍛造步驟包括對進行保溫處理后并進行無拉應(yīng)力弧形砧鍛造拔長的步驟進行多火次重復(fù)。
[0013]所述制備方法還包括在完成熱加工鍛造后，將鋼錠鍛造拔長至φ180±2_，線切害I]去鋼錠頭尾并分段，得到(φl80±2mmx275±2mm的坯料，以R=20mm車倒角，經(jīng)所述保溫處理工藝后，采用模鍛套環(huán)墩粗，得到(p300±2mmX100±2mm的坯料，制備出機加工后尺寸為φ300 土 2mmx80 土 2mm的難變形高溫合金小盤件。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的真空感應(yīng)熔煉曲線圖。
【具體實施方式】
[0015]以下，將參照具體的示例來詳細說明本發(fā)明的實施例。
[0016]本發(fā)明的示例性實施例提供了一種難變形高溫合金。該難變形高溫合金的成分按重量百分比計為:0% ≤C ≤ 0.1%，16.5% ≤ Cr ≤19.5%, 13.5% ≤ Co ≤16.0%,1.0% ≤ W ≤ 2.0%, 2.5% ≤ Mo ≤ 3.5%, 2.0% ≤ Al ≤ 3.0%, 4.5% ≤ Ti ≤ 5.5%, 0% ≤ Fe ≤ 1.0%,0.01% ≤ B ≤ 0.03%, 0% ^ Zr ^ 0.06%, 0% ≤ S ≤ 0.002%, 0% ≤ Si ≤ 0.15%, 0% ≤ Mn ≤ 0.15%,余量為Ni和其它不可避免的雜質(zhì)。
[0017]優(yōu)選地，本發(fā)明的難變形高溫合金的成分按重量百分比計為:C為0.075%, Cr為18.0%, Co 為 15.0%, W 為 1.5%, Mo 為 3.0%, Al 為 2.5%, Ti 為 5%, B 為 0.02%, Zr 為 0.04%,余量為Ni和其它不可避免的雜質(zhì)。
[0018]本發(fā)明的難變形高溫合金是一種高Al、Ti含量的難變形的鎳基高溫合金，具有良好的拉伸強度、耐高溫持久性和耐疲勞性，特別是在900°C以上具有高強度、抗氧化性和組織穩(wěn)定性，主要用來制造高推重比、高效率發(fā)動機渦輪盤件，也可用來制造整體燃氣渦輪轉(zhuǎn)子，工作溫度可達980°C。由于難變形高溫合金的合金化程度高，尤其是其Al和Ti含量總和可以高達7.5%，形成的Y ’相含量達45%左右，這導(dǎo)致難變形高溫合金容易成分偏析且熱加工變形困難，易開裂。
[0019]本發(fā)明還提供了一種難變形高溫合金件的制備方法，該制備方法包括熔煉、澆鑄、重熔和熱加工鍛造。[0020]首先，熔煉得到如下成分的合金:0%≤C≤0.1%, 16.5% ≤ Cr ≤ 19.5%，13.5% ≤ Co ≤ 16.0%, 1.0% ≤ W ≤ 2.0%, 2.5% ≤ Mo ≤ 3.5%, 2.0% ≤ Al ≤ 3.0%,
4.5% ≤ Ti ≤ 5.5%, 0% ≤ Fe ≤ 1.0%, 0.01% ≤ B ≤ 0.03%, 0% ≤ Zr ≤ 0.06%, 0% ≤ S ≤ 0.002%,0%≤Si≤0.15%,0%≤Mn≤0.15%，余量為Ni和其它不可避免的雜質(zhì)。
[0021]優(yōu)選地，熔煉過程中采用的電極熔煉爐型可以為3000磅真空感應(yīng)爐，在真空感應(yīng)熔煉時精選優(yōu)質(zhì)高純金屬原材料，目的是減少原材料帶入的有害元素含量。
[0022]優(yōu)選地，在向熔煉爐中裝料時，除易燒損元素原材料C塊重量的1/3的C和原材料Al條重量的1/3的Al (以下簡稱1/3C和1/3A1)、Ti和微合金化元素(B、Zr等)原料外，其它元素原料均一次裝爐，隨爐裝入生石灰，并按下緊上松的原則裝料，防止熔煉過程中架橋。待抽真空度達到SlPa時給電化料，并采用低功率化料。待原材料熔化完全后，進行大功率電磁攪拌，1520°C-1540°C高溫脫硫，延長保溫時間，以達到脫氮脫氧的目的。在熔煉后期，脫硫脫氮脫氧精煉完成后，加入易燒損元素1/3CU/3A1、Ti，出鋼前5分鐘加入微合金化元素(B、Zr等)原料，具體見圖1。
[0023]具體地說，從圖1中示出的真空感應(yīng)熔煉工藝曲線中可以看出，分批次加入原料，并且在熔煉過程中低功率臺階式地升溫。具體地說，分若干階段的功率將溫度升高，每升高一次溫度保溫一段時間，例如，保溫20min，這能夠使合金原料在低功率下很好地化料，在不增加成本的情況下提高冶煉質(zhì)量。
[0024]在所述熔煉的分批裝料步驟中，除易燒損元素l/3C、l/3Al、Ti和微合金化元素B、Zr等原料外，其它元素原料均一次裝爐，隨爐裝入生石灰，隨后溫度升高至熔煉溫度，待原料全部融化之后在大約300KW的高功率下進行精煉。
[0025]具體地說，如圖1中所示，在1520°C -1540°C下完成脫硫脫氮脫氧的精煉。在熔煉后期，加入易燒損元素1/3C，延長保溫時間，隨后在150±5KW的功率條件下保溫60分鐘，隨后進行第一次停電結(jié)膜，150±5KW的功率條件下保溫60分鐘，目的是脫氧、脫氮，并提高鋼夜純潔度，達到精煉的目的，第一次停電結(jié)膜是因為后續(xù)冶煉操作中的Al、Ti加入是一個激烈的放熱的過程，停電結(jié)膜目的是讓溫度降下來，使Al、Ti加入時，降低其激烈程度，防止噴濺和溫度過高，造成后續(xù)熔煉操作溫度控制困難。第一次停電結(jié)膜過去一段時間后，繼續(xù)升溫，在1520°C -1540°C下加入1/3A1、Ti元素，保溫5分鐘，隨后經(jīng)過20分鐘的150±5KW的功率條件下保溫后，隨后進行第二次停電調(diào)溫。20分鐘的150±5KW的功率條件下保溫可以進一步脫去氧、氮等雜質(zhì)元素，提高鋼液純凈度，第二次停電調(diào)溫是為后續(xù)操作出鋼的溫度做準備，進而調(diào)整鋼液溫度為后續(xù)帶電出鋼創(chuàng)造條件。在此之后，充氬氣，待氬氣達26665Pa之后，準備出鋼，在出鋼前5分鐘加入B、Zr原料，在1400°C _1430°C的溫度下帶電出鋼。
[0026]優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明實施例的優(yōu)化的澆鑄工藝所采用的參數(shù)可以如下所示:錠型為(p240mm，上注法澆注；錠模須用鋼水燙過，清潔無銹，上部加保溫帽口 ；澆鑄在真空下帶電出鋼，澆鑄口與保溫冒口距離小于300mm，保持鋼液成股流下，控制澆鑄速度及充填質(zhì)量；燒鑄后模冷時間需大于lh。
[0027]至此，根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例通過優(yōu)化熔煉、澆鑄工藝參數(shù)得到低硫低氮低氧高純潔度質(zhì)量良好的cp240mm電極棒。
[0028]電極棒需打磨，視情況有必要時可進行表面車光和切除適量填充端后進行真空電弧重熔。根據(jù)本發(fā)明，可以采用型號為VAR660P7Ti的真空電弧重熔爐。
[0029]打磨和車光的方法可以使用本領(lǐng)域技術(shù)人員常用的技術(shù)手段，只要能夠滿足對鋼的品質(zhì)的需求即可。
[0030]優(yōu)選地，在真空電弧重熔過程中控制熔煉電壓為22V-30V、熔煉電流為2000A-3000A、熔滴速率為3滴/s_6滴/s，并且采用水冷與充氦氣冷卻相結(jié)合的冷卻方式進行冷卻，其中，氦氣壓強為100Pa_200Pa，經(jīng)過重熔后生產(chǎn)出原始組織晶粒細小和低成分偏析的質(zhì)量良好的(p305mm真空電弧重熔鋼錠。
[0031]隨后，鋼錠經(jīng)拔皮后尺寸為(p280mm左右，進行1150°C X40h均勻化熱處理使鋼錠成分進一步均勻，減小微觀偏析。
[0032]在接下來的熱加工鍛造過程中，可以采用2000噸快鍛鍛造設(shè)備在鋼錠加熱出爐后鍛造前，在硅酸鋁保溫棉上撒上一層熔點為1000°c左右的玻璃粉末，使鋼錠表面粘結(jié)一層硅酸鋁保溫棉進行保溫處理，以減緩鋼錠的散熱速度，使鋼錠能較長時間的停留在適合熱加工鍛造變形的溫度區(qū)間內(nèi)，保溫增加每火次變形量，并采用無拉應(yīng)力弧形砧(或V型砧)對鋼錠進行鍛造拔長，預(yù)防表面開裂。多火次，重復(fù)進行保溫處理后并無拉應(yīng)力弧形砧(或V型砧)鍛造拔長至cpl80mm左右。然后線切割去鋼錠頭尾和分段(q)180±2mmx275 ±2mm)、車倒角(R=20mm)、保溫處理(同上)后，采用模鍛套環(huán)墩粗(φ300 ±2mmX100±2mm)，改善難變形高溫合金熱塑性和預(yù)防熱加工過程開裂，制備出合格的產(chǎn)品，機加工后尺寸(9300±211111^80±2111111)。
[0033]根據(jù)本發(fā)明實施例的制備方法通過在鍛造熱加工過程中進行保溫處理工藝，采用弧形砧(或V型砧)鍛造拔長工藝和模鍛鐓粗成型工藝預(yù)防鍛造熱加工過程中的開裂，降低了生產(chǎn)成本并提高了成材率,制備出合格的產(chǎn)品。
[0034]根據(jù)本發(fā)明實 施例的制備方法通過優(yōu)化熔煉、澆鑄工藝參數(shù)和熱加工鍛造過程中的工藝參數(shù)來提高難變形高溫合金純潔度、改善鋼錠質(zhì)量，從而提高難變形高溫合金熱塑性。
[0035]盡管已經(jīng)參照本發(fā)明的實施例具體描述了本發(fā)明的示例性實施例，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該知道，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對實施例做出各種形式的改變。
【權(quán)利要求】
1.一種難變形高溫合金，其特征在于，所述難變形高溫合金的成分按重量百分比計為:0% ≤ C ≤ 0.1%，16.5% ≤ Cr ≤ 19.5%, 13.5% ≤ Co ≤ 16.0%, 1.0% ≤ W ≤ 2.0%,2.5% ≤ Mo ≤ 3.5%, 2.0% ≤ Al ≤ 3.0%，4.5% ≤ Ti ≤ 5.5%,0% ≤ Fe ≤ 1.0%,0.01% ≤ B ≤ 0.03%, 0% ≤ Zr ≤ 0.06%, 0% ≤ S ≤ 0.002%, 0% ≤ Si ≤ 0.15%, 0% ≤ Mn ≤ 0.15%,余量為Ni和其它不可避免的雜質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的難變形高溫合金，其特征在于，所述難變形高溫合金的成分按重量百分比計為:C 為 0.075%, Cr 為 18.0%, Co 為 15.0%，W 為 1.5%, Mo 為 3.0%, Al 為 2.5%,Ti為5%，B為0.02%, Zr為0.04%，余量為Ni和其它不可避免的雜質(zhì)。
3.—種難變形高溫合金件的制備方法，其特征在于，所述方法包括下述步驟: Ca)熔煉，熔煉得到如下成分的合金:0% ≤ C ≤ 0.1%，16.5% ≤ Cr ≤ 19.5%，13.5% ≤ Co ≤ 16.0%, 1.0% ≤ W ≤ 2.0%, 2.5% ≤ Mo ≤ 3.5%, 2.0% ≤ Al ≤ 3.0%,4.5% ≤ Ti ≤ 5.5%, 0% ≤ Fe ≤ 1.0%, 0.01% ≤ B ≤ 0.03%, 0% ≤ Zr ≤ 0.06%, 0% ≤ S ≤ 0.002%,0%≤Si≤0.15%, 0%≤Mn≤0.15%，余量為Ni和其它不可避免的雜質(zhì)； (b)澆鑄，采用上注法澆鑄； (c)重熔，熔煉電壓為22V-30V，熔煉電流為2000A-3000A、熔滴速率為3滴/s_6滴/s，并且采用水冷與充氦氣冷卻相結(jié)合的冷卻方式，用氦氣壓強為100Pa_200Pa工藝生產(chǎn)出重熔鋼錠； (d)熱加工鍛造:在鋼錠加熱出爐后鍛造前設(shè)置保溫處理工藝，所述保溫處理工藝為在硅酸鋁保溫棉上撒上一層玻璃粉末，使鋼錠表面粘結(jié)一層硅酸鋁保溫棉進行保溫處理后，采用無拉應(yīng)力弧形砧對鋼錠進行鍛造拔長。
4.如權(quán)利要求3所述的制備方法，所述制備方法中的熔煉步驟包括分批裝料步驟，在所述熔煉的分批裝料步驟中，除易燒損元素原材料C塊重量的1/3的C和原材料Al條重量的1/3的Al、Ti和微合金化元素B、Zr原料外，其它元素原料均一次裝爐，隨爐裝入生石灰，在脫硫脫氮脫氧精煉完成后，加入易燒損元素原材料C塊重量的1/3的C和原材料Al條重量的1/3的Al、Ti，出鋼前5分鐘加入B、Zr原料。
5.如權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述制備方法中的澆鑄步驟過程中的錠型為cp240mm。
6.如權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述制備方法中的澆鑄步驟過程中使用的錠模用鋼水燙過，上部加保溫帽口，澆注口與保溫冒口距離小于300mm，保持鋼液成股流下。
7.如權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述制備方法中的重熔步驟得到(p305mm的重熔鋼錠。
8.如權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述制備方法中的熱加工鍛造步驟包括對進行保溫處理后并進行無拉應(yīng)力弧形砧鍛造拔長的步驟進行多火次重復(fù)。
9.如權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述制備方法還包括在完成熱加工鍛造后，將鋼錠鍛造拔長至(pl80±2mm，線切割去鋼錠頭尾并分段，得到(pl80±2mrnx275±2mm的坯料，以R=2(tom車倒角，經(jīng)所述保溫處理工藝后，采用模鍛套環(huán)墩粗，得到φ300±2mmxl00±2mm的坯料，制備出機加工后尺寸為φ300± 2mm X 80 ± 2mm的難變形高溫合金小盤件。
【文檔編號】C22F1/10GK103498075SQ201310395183
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月3日
【發(fā)明者】王信才, 韋家向, 何云華, 裴丙紅 申請人:攀鋼集團江油長城特殊鋼有限公司