[发明专利]高强度含铜Ni-Fe-Cr基时效硬化型耐蚀合金及其电渣重熔的方法

说明书

本发明涉及冶金领域，具体涉及一种高强度含铜Ni‑Fe‑Cr基时效硬化型耐蚀合金及其电渣重熔的方法，制备出的高强度含铜Ni‑Fe‑Cr基时效硬化型耐蚀合金在环境温度为‑60℃时，低温冲击功≥61J、且室温抗拉强度≥1030Mpa、屈服强度≥860Mpa、伸长率≥19％、断面收缩率≥25％、洛氏硬度为30～40HRC、晶粒度≥2.5级，组织均匀致密，组织中不会析出σ相、LAVES等拓普密排脆性相，利于后期热变形，在合金的热加工过程中不容易产生裂纹，大大提高了合金在热加工过程中的成材率，尤其是针对直径＞300mm的大规格棒材产品，其电渣锭的化学成分偏析程度得到了很好的控制，锻造性能优良。

技术领域

本发明涉及冶金领域，具体涉及一种高强度含铜Ni-Fe-Cr基时效硬化型耐蚀合金及其电渣重熔的方法。

背景技术

MonelK-500、Inconel 690、UNS718等镍基合金都是当前应用于各类腐蚀环境中的设备和构件的主流制造材料。

上述镍基合金性能优良，但是因其镍含量较高，故制造成本受原材料镍的市场价格影响较大。特别从2020年开始，原材料价格剧烈波动，2021年镍价上涨的涨幅达30％以上，对合金生产企业的成本控制产生了极大的冲击。为了控制性能优良的镍基合金的制造成本，提升企业抗市场风险的能力，发达国家的一些特种合金制造企业如：Baker Hughes、Special Metals等公司已着手发展镍含量低的耐腐蚀合金用于石油等各类腐蚀环境，通过添加更廉价的合金元素替代部分镍，使镍基合金的制造成本大幅降低，而按照该方式制造出的镍基合金的力学性能可与UNS 718相近，具有可观的市场应用前景。

高强度含铜Ni-Fe-Cr基时效硬化型耐蚀合金的设计初衷是要其既拥有较低的镍含量(即镍含量为46～49％)，但需保持其较好的材料力学性能，只有通过合金元素Nb、Cr、Mo、Cu等合金元素的合理搭配，使其具有优良的耐腐蚀性能和力学性能。同时因合金中镍含量较低，在热加工区间可锻造区间十分狭窄，为了改善合金的热加工性能，保证其实际可生产性，需要添加少量微合金元素，改善其热加工性。该合金经过锻造，固溶、时效处理后，可以获得接近UNS 718合金性能的优良综合力学性能。

常用的耐腐蚀合金UNS718和Inconel690的标准成分如表1所示，其中UNS718的力学性能抗拉强度R_m最低为820MPa，最高可达1400MPa左右；而Inconel 690合金的抗拉强度最低R_m≥580MPa，最高可达700MPa。

表1

目前，研究高强度含铜Ni-Fe-Cr基时效硬化型耐蚀合金替代传统UNS718、Inconel690、MonelK-500材料，这已经是能源、石油行业市场的新导向。

但是，由于高强度含铜Ni-Fe-Cr基时效硬化型耐蚀合金添加了大量的Nb、Cu，而Nb、Cu元素在电渣重熔过程中是强烈的偏析元素，容易造成宏观偏析，进而在后期热加工过程开裂，采用普通电渣重熔工艺易于产生严重的化学成分偏析，进而造成组织不均匀，组织存在疏松，组织中易析出σ相、LAVES等拓普密排脆性相。这些都属于不利于后期热变形的因素，在后期的热加工过程中易产生裂纹，严重降低热加工过程中的成材率，尤其是直径＞300mm的大规格棒材产品，若电渣工艺不能控制电渣锭的化学成分偏析程度，其产生的宏观偏析无法通过后续扩散退火等工艺显著改善，导致锻造性能变差。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术对应的不足，提供一种高强度含铜Ni-Fe-Cr基时效硬化型耐蚀合金及其电渣重熔的方法，制备出的合金组织均匀致密，组织中不会析出σ相、LAVES等拓普密排脆性相，利于后期热变形，在合金的热加工过程中不容易产生裂纹，大大提高了合金在热加工过程中的成材率，尤其是针对直径＞300mm的大规格棒材产品，其电渣锭的化学成分偏析程度得到了很好的控制，锻造性能优良。