[发明专利]一种镍基高温合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种镍基合金，具体地讲是一种镍基高温合金及其制备方法。

背景技术

提高燃煤火力发电机组效率的一个主要途径是提高蒸汽参数。目前，燃煤火力发电机组汽轮机高中压转子均采用9～12Cr铁素体型耐热钢材料制造。由于9～12Cr铁素体耐热钢承受温度的极限在650℃，为进一步提高进汽参数至700℃，则必须使用承温能力更优的材料。镍基合金是不错的选择，目前国内外能够使用在700℃以上的镍基合金有很多，如GH4080A、GH4710、GH4720Li等，但由于变形抗力大，难于制造大型转子，同时由于γ′沉淀强化相含量较高，从而容易导致焊接产生应变时效裂纹。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种镍基高温合金及其制备方法，该镍基高温合金力学性能、锻造变形性能和焊接性能优异。

实现本发明的技术方案是：一种镍基高温合金，其特征在于：各主要元素质量百分数分别为：铬：15％～22.1％；钴:6％～14％；钨：0.05％～4.0％；钼:6％～11.02％；铝:0.55％～2.5％；钛:0.65％～4.5％；硼:0.01％～0.043％；钽:0.05％～1.2％；铌:0.05％～1.5％；碳：0.02％～0.10％；氮：＜0.008；镍：余量。

上述镍基高温合金的优选方案之一是，所述各主要元素质量百分数分别为：铬：14.5％；钴:13.98％；钨：3.93％；钼:6.13％；铝:0.57％；钛:4.25％；硼:0.021％；钽:1.17％；铌:0.057％；碳：0.08％；氮：＜0.008；镍：余量。

上述镍基高温合金的优选方案之二是，所述各主要元素质量百分数分别为：铬：19.88％；钴:10.23％；钨：1.72％；钼:9.79％；铝:1.65％；钛:2.05％；硼:0.03％；钽:0.17％；铌:0.55％；碳：0.08％；氮：＜0.008；镍：余量。

上述镍基高温合金的优选方案之三是，所述各主要元素质量百分数分别为：铬：22.1％；钴:6.12％；钨：0.08％；钼:11.02％；铝:2.49％；钛:0.45％；硼:0.043％；钽:0.06％；铌:1.4％；碳：0.08％；氮：＜0.008；镍：余量。

一种制备上述镍基高温合金的方法，包括如下步骤：

1)按上述元素成分配比配制合金，通过真空感应炉熔炼均匀化，浇注成铸锭，作为后续进一步合金精炼的电极；

2)将步骤1)熔铸的电渣铸锭作为电极，放置于可控气氛电渣炉中进行一次电渣重熔净化，形成一次重熔电渣锭；

3)将步骤2)形成的一次净化的电渣锭作为电极，放置于真空自耗炉中进行二次重熔，并最终形成重熔电渣锭；

4)将步骤3)所述的二次电渣重熔锭，加热至1050℃～1180℃，保温适当时间待铸锭充分透热后，采用锻压机将铸锭锻造成试验所需棒材或型材，并空冷至室温。

5)将步骤4)棒材采用探伤设备检查棒材芯部及表面缺陷，将无缺陷棒材加热至奥氏体化温度保温数小时后，经油冷或空冷至室温；并将棒材再热加热至730℃～840℃，保温16小时后空冷至室温；得到满足本发明设计需求的合金材料。

步骤5)中所述锻压机为液力锻压机。

步骤5)中所述探伤设备检测是采用超声波和渗透无损检验。

本发明的有益效果是：该合金的25℃及760℃温度条件下，材料的拉伸性能各项指标较GH4080A、GH4710、GH4720Li有明显优势，该合金材料屈强比低，材料塑变能力强便于锻造成型；其次，合金的断后伸长率较好，材料疲劳性能及裂纹敏感性更低(见表1、表2所示)；合金在700℃均有较高的长时持久寿命强度，适合大型汽轮机转子的设计寿命10⁷小时以上材料强度要求(见表3所示)。合金同材质焊接接头性能不低于母材规定塑性延伸强度的90％(见表4所示)，焊缝区组织无明显有害相析出，见附图3所示。

本发明的合金经过上述5个步骤后，具有优异的性能，详情如下：

表1、室温(25℃)拉伸性能：

表2、高温(760℃)拉伸性能：

表3、高温(700℃)持久性能：

表4、同种焊接接头(760℃)拉伸性能

附图说明