[发明专利]一种高强镍基高温合金铸锭的双级均匀化热处理方法

说明书

本发明公开了一种高强镍基高温合金铸锭的双级均匀化热处理方法，属于金属材料技术领域。合金的基本组成包括：Cr：15％～18％，Co：15％～20％，Ti：0.5％～1.5％，Al：3.5％～4.5％，W：5％～8.5％，Si：≤0.5％，Mn：≤0.5％，Nb：0.5％～1.5％，C：0.03％～0.08％，余量为Ni。处理步骤如下：将镍合金铸锭装入热处理炉，装炉温度≤600℃；加热升温至1180～1100℃，控制升温速度5～10℃/min，进行第一级热处理；在1180～1100℃保温12h～48h，进行第二级热处理，控制升温速度5℃/min，在1200～1240℃保温48h～120h；将热处理后的铸锭随炉冷却到700℃以下，再空冷到室温，或直接空冷。通过该工艺处理的高强度镍合金铸锭，可有效消除了铸锭中的共晶组织，同时消除了成分偏析，所得组织均匀，有效降低了均匀化热处理时间，降低了能耗和生产成本。

技术领域

本发明属于合金材料技术领域，具体涉及一种高强镍基高温合金铸锭的双级均匀化热处理方法。

背景技术

随着我国节能减排工作的大力推进，提升我国能源效率的需求越发紧迫。由于我国丰富的煤炭资源，火力发电将长期作为我国最主要的发电技术，而提高机组蒸汽参数是改善火电机组发电效率的最有效手段，而锅炉中关键部件材料的选择是这一技术的关键瓶颈。过/再热器管道作为火电机组锅炉中服役工况最严苛的关键部件之一，其对材料的服役性能提出了极高的要求。过/再热器在服役期间将承受高温蠕变、热疲劳、氧化及高温烟气腐蚀等多重因素的影响。开发出可以满足高参数机组过/再热器管使用性能需求的高温合金材料已成为火力发电行业亟待解决的课题。

针对机组过/再热器管用材料，传统铁素体和奥氏体不锈钢已经不能满足需求，针对更高使用温度国外主要使用镍基高温合金，如美国IN740H为镍钴铬基合金，我国自主研发的新型高强镍基高温合金，为了应对严苛的使用环境，合金的合金化程度极高，因此导致较为严重的元素偏析，枝晶间易析出(γ+γ′)共晶和MC碳化物等有害脆性相，尤其是凝固后期析出的(γ+γ′)共晶组织其尺寸较大且数量较多，在后续开坯锻造过程中极易成为裂纹源，进而导致开裂。同时镍基合金在凝固时存在枝晶偏析，需要通过均匀化处理改善晶体内化学成分和组织的不均匀性。由于合金化程度高，同时含有W等慢扩散元素，导致均匀化过程更加困难。因此希望均匀化处理能够促进合金中低熔点共晶相溶解，调整碳化物分布及含量，改善枝晶偏析，并提高合金元素在基体中的固溶度，最终改善合金的加工和使用性能。除满足以上组织成分调控要求外传统均匀化工艺时间过长，能源消耗大；长时间均匀化处理使得铸锭晶粒粗大，对后续开坯过程动态再结晶不利。因此，必须采用合理有效的均匀化处理工艺，以改善铸锭的组织和成分分布。

因此，亟需一种高效地可精准调控多组织成分分布的均匀化处理高温高强镍基合金铸锭的方法。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种高强镍基高温合金铸锭的双级均匀化热处理方法，该方法可有效消除合金组织中的共晶组织，消除铸锭中的元素偏析，解决由于共晶组织存在导致铸锭及开坯产生开裂源，提高合金热变形能力，有利于后续棒材坯料的热加工。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种高强镍基高温合金铸锭的双级均匀化热处理方法，该合金铸锭的基本组成质量百分比为：Cr：15％～18％，Co：15％～20％，Ti：0.5％～1.5％，Al：3.5％～4.5％，W：5％～8.5％，Si：≤0.5％，Mn：≤0.5％，Nb：0.5％～1.5％，C：0.03％～0.08％，余量为Ni；

该方法将铸锭分两级进行均匀化热处理，均匀化处理的合金坯料通过炉冷空冷配合或直接空冷至室温。

本发明进一步的改进在于，热处理时，从室温加热升温至1080～1100℃，控制升温速度5～10℃/min。

本发明进一步的改进在于，所述在1080～1100℃保温进行第一级均匀化热处理，保温时间12～48h。