[发明专利]高强度高塑性Ni‑Cr‑Co基涡轮盘叶片材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料领域，特别涉及一种高强度高塑性Ni-Cr-Co基涡轮盘叶片材料及制备方法。

背景技术

现代工业的蓬勃发展，节能和环保被逐渐提上日程。目前石油系统为了提高经济效益和适应环保安全的要求，对催化裂化装置出来的高温烟气都采用烟气膨胀机发电系统进行余热利用。烟气轮机(下称烟机)是炼油厂等工业部门余热发电的重要装置，涡轮盘、叶片更是烟机的关键部件。

炼油厂炼油产生的高温烟气中含有的巨大热量，通常被利用于发电，烟机是用于余热发电装置，由于使用条件非常恶劣，并且高温条件也会加速材料的失效破坏。烟气中含有大量的S、C等杂质元素，在高温条件下很容易与空气中的O₂、H₂O等发生反应，生成SO₂、SO₃、H₂S、CO等有害的气体产物。高温条件下，腐蚀性气体高速流动，容易引起材料的氧化、硫化和热腐蚀，从而降低材料的使用寿命。一旦烟机发生破坏，所造成的财产和人身损失是难以估量的，所以对于烟机材料的选择应十分谨慎，用于烟机材料的材料，要求具有较高的强度和一定的韧性，同时具有高的耐热性和耐蚀性。

随着科技的进步，以往用作民用烟气轮机和燃气轮机涡轮盘和叶片，已经难以满足当前时代发展需要。目前，国内烟气轮机涡轮盘直径越做越大，已经制备的盘件直径达1250mm，然而，与其相匹配的叶片常常由于强度不高，韧塑性不好，而引起叶片断裂。

据统计，每年我国烟气轮机涡轮盘及叶片材料及元件每年需求量在2000～3000吨，而我国目前的成材率仅仅为20％不到，同时叶片的寿命和可靠性不稳定。导致石油化工行业烟气轮机涡轮盘叶片大量依靠进口，国内市场占有量微乎其微。

发明内容

本发明的目是提供一种高强度高塑性Ni-Cr-Co基涡轮盘叶片材料及制备方法，所述材料具有良好的高温性能，能满足室温高强度高塑性、机械加工性能良好的要求。

本发明的技术方案如下：

高强度高塑性Ni-Cr-Co基涡轮盘叶片的材料，其各组分的重量百分比为：Cr：15.50～19.50％；Co：18.0～21.0％；Ti：3.1～3.4％；Al：1.3～2.0％；Zr≤0.15；B≤0.02％；Mn≤1.0％；C：0.05～0.07％；P≤0.004％；S≤0.004％，Si≤1.0％；Fe≤2.0％；Cu≤0.2％；杂质≤0.015％；余量为镍。

本发明所述材料较好的技术方案是，各组分的重量百分比为：C：0.05～0.07％，Co:19～21％，Cr:16～18％，Ti:3.1～3.4％，Al:1.3～1.5％，Zr≤0.08，Mn≤0.20，B≤0.009，P≤0.004％；S≤0.004％，Si≤1.0％；Fe≤2.0％；Cu≤0.2％；杂质≤0.015％；余量为镍。

所述杂质为Pb、As、Sb、Sn、Zn、Bi。

本发明的另一个目的是提供一种高强度高塑性Ni-Cr-Co基涡轮盘叶片材料的制备方法，其有以下步骤：

1)按上述的配比配料；

2)步骤1)所述的配料，1530～1560℃下真空炉2次精炼，搅拌，细流中速均匀浇注12～18秒，得到重熔电极棒；

3)步骤2)所述的重熔电极棒经真空自耗重熔得到合金锭均匀化热处理，锻造成用于涡轮盘叶片材料的棒材。

步骤2)所述2次精炼中的第一次精炼时间为10～20分钟，真空度为1～0.1Pa；第二次精炼时间为10分钟，真空度0.1～0.002Pa。

步骤3)所述真空自耗重熔时充入氦气，充入氦气时，真空度≤6.5Pa。

步骤3)所述的均匀化热处理的方法是保温温度1170℃，直径大于200mm的合金锭，保温时间为每1mm保温时间为1.5min；直径小于200mm合金锭，保温时间为5h。

步骤3)所述锻造的始锻温度为1180℃，终锻≥1000℃。

步骤3)所得棒材需锻造加工、精整，锻造加工时，棒材随炉升温，加工的温度为1000～1180℃。

步骤3)所述棒材规格为直径Φ20mm～Φ400mm。

本发明所述材料中各元素的作用：

Ni是合金基体元素，主要作用是稳定奥氏体组织，保证合金的加工性能，也是保证良好高温力学性能的基础。