[发明专利]一种高强度镍基高温合金冷拔材的制造方法

说明书

本发明公开一种高强度镍基高温合金冷拔材的制造方法，通过全流程工艺优化控制，到达高强度紧固件所要求的技术指标。主要通过自耗锭和锻制的中间坯料两次高温均匀化扩散退火处理，消除成分偏析，锻造逐火次降温锻造，保证坯料组织均匀，再经热轧开坯的棒料通过一次20％～25％冷拔大变形，提高1500MPa级高强度GH4169合金冷拔棒材心部到边缘的组织均匀性，实现冷拔棒材强度和塑性的最佳匹配。本发明效果：①晶粒度级别由普通冷拔材的6级提高到8级，棒材心部到边缘的晶粒组织更加细小均匀；②室温抗拉强度较普通冷拔材提高了300MPa；③冷拉大变形量，既保证棒材心部至边缘变形充分且均匀，又保证棒料室温性能的最佳强塑性匹配。

技术领域

本发明属于镍基高温合金制造领域，特别涉及一种高强度镍基高温合金冷拔材的制造方法,是1500MPa级镍基高温合金GH4169紧固件材料的制造方法。

技术背景

紧固件用GH4169变形高温合金可以在-253℃～650℃之间均具有较高的抗拉强度、屈服强度、持久与蠕变强度、高的缺口敏感抗力和较好的塑韧性，同时兼具有抗腐蚀、抗辐照、焊接性能等优异的综合性能，多种航空、航天装备都是使用GH4169合金加工的高强度承力螺栓、螺母等紧固件。早期稳定批产的GH4169合金冷拔材的强度为不小于1300MPa，实际能达到1350MPa～1450MPa之间，随着国内航空、航天等高端产业迅速发展，迫切需求强度1515MPa～1725MPa的GH4169合金紧固件。以前因为冷拔机拔制能力、表面润滑不当、拔制模具强度低等因素，棒料需要多次固溶软化和多次拔制增加冷拔变形量的方法提高强度，造成冷拔棒料组织均匀性差、工作效率低、批次稳定性差。

发明内容

本发明公开一种高强度镍基高温合金冷拔材的制造方法，通过全流程工艺优化控制，实现最终冷拔生产通过一次20％～25％冷拔大变形替代多次拔制，即可到达高强度紧固件所要求的技术指标。

采取以下技术路线：

主要通过自耗锭和锻制的中间坯料两次高温均匀化扩散退火处理，消除成分偏析，锻造逐火次降温锻造，保证坯料组织均匀，再经热轧开坯的棒料通过一次20％～25％冷拔大变形，提高1500MPa级高强度GH4169合金冷拔棒材心部到边缘的组织均匀性，实现冷拔棒材强度和塑性的最佳匹配。

具体技术方案

1.采用生产工艺：真空感应(VIM)+真空自耗重熔(VAR)冶炼→自耗锭高温均匀化扩散退火→快锻机加径锻机联合开坯→坯料二次高温均匀化扩散退火→500型号可逆轧机开坯→200型号可逆轧机开坯→冷拔机拔制成材→标准化热处理。

2.GH4169合金化学成分为：碳：0.25％、硫不大于0.002％、磷不大于0.015％、锰不大于0.35％、硅不大于0.35％、铬：18.0％、钼：3.0％、铌：5.25％、铝：0.5％、钛：1.0％、镍：53.5％、硼不大于0.006％、余铁。

3.一次高温均匀化扩散退火：采取真空感应炉(VIM)熔炼浇铸Φ340mm电极棒，电极棒经真空自耗(VAR)重熔成Φ406mm钢锭，保证钢锭气体氧含量小于50×10^-6、氮含量小于100×10^-6，主元素成分及有害元素满足冶炼标准要求；钢锭在天然气的室式炉经1180℃～1200℃(优先选用1190℃)保温40h的高温均匀化扩散退火处理，消除铸态成分偏析。

4.快锻机、径锻机开坯：扩散处理后的钢锭在天然气的室式炉1110℃保温2h后，采用3150吨快锻机分3火次开坯至Φ240mm坯料，最后一火次锻制前的回炉再烧温度为1050℃保温2h；Φ240mm坯料经天然气的室式炉1050℃保温2h后，采用1800吨径锻机锻成Φ120mm坯料。

5.二次高温均匀化扩散退火：Φ120mm中间坯料再经1180℃～1200℃(优先选用1190℃)保温不少于30h。