CN103276333B - 一种gh4738镍基高温合金铸锭均匀化处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种镍基高温合金铸锭均匀化处理方法，它涉及GH4738高温合金铸锭均匀化处理工艺，本发明是要解决现有的GH4738铸锭存在大量铸态枝晶组织及均匀化后导致晶粒尺寸过大等问题，以至于不利于后续开坯锻造成形。本发明均匀化处理方法即在退火炉中进行退火处理，退火处理的温度为1160-1200℃，退火时间为20-50小时。由于本发明采用以上技术方案，能有效解决元素偏析、存在大量枝晶及晶粒过大等问题，最大限度的改善合金偏析程度，以便为后续开坯锻造奠定基础。本发明可应用于不同铸锭锭型尺寸的GH4738镍基高温合金均匀化处理。
Description
技术领域
本发明涉及镍基变形高温合金的热加工工艺，尤其是一种GH4738镍基高温合金铸锭均匀化处理方法。
背景技术
GH4738镍基高温合金由于合金化程度高而容易产生成分偏析，大量合金化元素和微量元素的加入导致合金在凝固过程中产生枝晶偏析，并析出如(g+γ￠)共晶相、η相或μ相等有害脆性相。这些相往往成为热加工过程中裂纹的萌生源[L Zheng, C Q Gu, Y R Zheng. Investigation of the solidification behavir of a new Ru-containing cast Ni-base superalloy with high W content [J]. Scripta Materialia, 2004(50): 435-439. ]。因此，在热加工之前必须对铸锭进行均匀化处理，溶解合金中的第二相，减轻甚至消除元素偏析，从而提高其热加工塑性。一、对于树枝晶偏析，W和Co容易偏析于枝晶干内，而Ti、Mo、Cr、Al、Nb、Zr(还有微量元素S和Sn)等都偏聚于树枝晶间隙。二、g+γ￠共晶处一般含Ti、Al、Nb和Ni量要高于平均含量，含Cr、Mo、Co量低于平均含量，g+γ￠共晶边缘处的偏析比共晶心部更为严重。由于存在上述两类偏析，所以在g+γ￠共晶周围的树枝晶处，元素的偏析为上述两个偏析的叠加，结果造成此处极富Cr、Mo等TCP相的形成元素。元素的树枝晶间偏析也常常造成碳化物共晶、硼化物共晶和其他相析出。因此，通过均匀化处理工艺，控制铸造合金的铸造工艺以调整偏析是一项重要的环节[S L Semiatin, R.C.Kramb, R.E.Turner. Analysis of the homogenization of a nickel-base superalloy[J]. Scripta Materialia, 2004(51): 491-495.]。
近年来，随着超大功率烟气轮机的发展，GH4738合金作为一种典型的难变形高温合金的主要烟气轮机涡轮盘及叶片使用材料，其合金化程度高，变形抗力大，可变形温度窄，因此热加工时成型难度很大；对涡轮盘件来说，往往因为铸锭均匀化处理存在问题，导致锻造盘件出现裂纹、严重混晶及晶粒尺寸超标的现象，从而造成涡轮盘件报废，造成巨大的经济损失，甚至造成运转设备及人员的重大损失。所以，盘件的均匀化处理对材料也提出了更高的要求，特别是对Φ508mm锭型生产大型涡轮盘锻件棒坯材料，不仅要求消除枝晶的成分偏析组织达到成分及相分布均匀，同时要求铸锭晶粒尺寸在均匀化过程中不能过大增加，以便影响后续锻造再结晶过程的发生。
目前，在GH4738合金的实际生产中，由于均匀化制度等不合理，造成涡轮盘锻件出现开裂及组织不合格等情况时有发生，亟需对该合金材料铸锭进行深入的均匀化处理工艺研究。
发明内容
针对以上的不足，本发明的目的是要解决一种镍基高温合金钢锭均匀化处理方法，能有效解决成分偏析问题，最大限度地控制合金晶粒长大。
为了达到以上目的，本发明采用以下技术方案，一种GH4738镍基高温合金铸锭均匀化处理方法，具体包括以下步骤：
A）. 原材料准备：
各个原材料的质量百分比为：C：0.02-0.08；Al：1.2-1.6；Ti：2.75-3.25；Co：12.0-15.0；Cr：18.0-21.0；Mo：3.5-5.0；Fe≤2.0；S≤0.001；P≤0.005；Ni余量；
B）.真空感应炉熔炼：
真空度小于1.0Pa，空载漏气率小于0.11Pa/分钟，常温状态下熔炼；
C）.浇铸Φ520mm电极——在真空炉的真空模室中浇铸；
D）. 电极切头、表面研磨进而电渣重熔成Φ660mm锭型；
E）.将获得的电渣锭，利用快锻机锻制成Φ520电极棒；
F）. 电极切头、表面研磨——真空自耗炉熔炼Φ610mm自耗锭；
G）. 自耗锭均匀化、剥皮处理——在10米退火炉中均匀化处理Φ610mm自耗锭；
H）.开坯锻造、成形；
I）.超声波检测探伤；
G）.入库；
其中，所述退火处理温度为1160-1200℃，退火时间为20-50小时。
进一步，所述退火处理的温度还可以为1170-1190℃，退火时间为20-30小时。
本发明的有益效果是：由于本发明采用以上技术方案，能有效解决合金元素、相的偏析问题，并可以最大限度的控制合金晶粒尺寸。
附图说明
图1为本发明实施例1中GH4738原始铸锭中心区域组织。
图2为本发明实施例1中1200℃/40h均匀化后合金光学显微组织形貌。
图3为实施例1中在不同均匀化时间下残余偏析指数与枝晶间距和时间的关系曲线。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明
实施例1
GH4738镍基高温合金制备包括以下过程，原材料的准备→真空感应熔炼→浇铸成Φ520mm电极棒→电极切头、表面研磨→电渣重熔成Φ660mm锭型→4k吨快锻至Φ520mm电极棒→电极切头、表面研磨→真空自耗熔炼Φ610mm自耗锭→自耗锭均匀化、剥皮处理→4k吨快锻机镦拔至Φ620mm→车床剥皮至600mm圆柱体→超声波探伤→切头平头→测试性能→入库。
为了有效解决偏析问题并有效控制晶粒过快长大，本发明在制造GH4738合金钢锭时采用了以下处理方法：
A）. 原材料准备
原材料配比(质量百分比) C：0.02-0.08；Al：1.2-1.6；Ti：2.75-3.25；Co：12.0-15.0；Cr：18.0-21.0；Mo：3.5-5.0；Fe≤2.0；S≤0.001；P≤0.005；Ni余量
B）.真空感应炉熔炼
保证真空度小于1.0Pa，空载漏气率小于0.11Pa/分钟，常温状态下熔炼。
C）.浇铸Φ520mm电极——在真空炉的真空模室中浇铸
D）. 电极切头、表面研磨进而电渣重熔成Φ660mm锭型
E）.将获得的电渣锭，利用快锻机锻制成Φ520电极棒
F）. 电极切头、表面研磨——真空自耗炉熔炼Φ610mm自耗锭
G）. 自耗锭均匀化、剥皮处理——在10米退火炉中均匀化处理Φ610mm自耗锭，退火前的铸态组织如图1所示，1200℃/40h均匀化后合金光学显微组织形貌如图2所示，如图3所示为合金Ti元素在不同均匀化时间下残余偏析指数与枝晶间距和时间的关系曲线。
H）.开坯锻造、成形
I）.超声波检测探伤
G）.入库
此设定偏析程度的表示方法为偏析比S值（偏析比S，即枝晶间元素的最高含量与枝晶干元素的最低含量的比值），主要元素（Ti，Cr，Mo）偏析，对钢锭进行处理及抽样测试结果如表1所示：
表1 均匀化处理及元素的偏析比S实验数据表
经过均匀化处理后，合金中晶粒尺寸的长大规律如表2所示，可以看出经过本发明所述工艺进行铸锭均匀化处理后，可有效控制晶粒长大，保证了后续开坯工艺过程中合金的充分再结晶。
表2均匀化处理后合金晶粒尺寸演变规律
实施例2
本实施例提出一种镍基高温合金均匀化处理方法，并获得较佳的铸锭，其均匀化过程与实施例1的区别在于：GH4738镍基高温合金制备包括以下过程，原材料的准备→真空感应熔炼→浇铸成Φ480mm电极棒→电极切头、表面研磨→电渣重熔成Φ508mm锭型→4k吨快锻至Φ450mm电极棒→电极切头、表面研磨→真空自耗熔炼Φ508mm自耗锭→自耗锭均匀化、剥皮处理→4k吨快锻机镦拔至Φ480mm→车床剥皮至450mm圆柱体→超声波探伤→切头平头→测试性能→入库。经过测试，本例中经过采用本发明的均匀化处理方法，均能获得成分组织均匀的合金钢锭，同时有效控制晶粒的过大增加。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效形成的技术方法，均落在本发明要求的保护范围内。
Claims (2)
1. 一种GH4738镍基高温合金铸锭均匀化处理方法，具体包括以下步骤：
A）. 原材料准备：
各个原材料的质量百分比为：C：0.02-0.08；Al：1.2-1.6；Ti：2.75-3.25；Co：12.0-15.0；Cr：18.0-21.0；Mo：3.5-5.0；Fe≤2.0；S≤0.001；P≤0.005；Ni余量；
B）.真空感应炉熔炼：
真空度小于1.0Pa，空载漏气率小于0.11Pa/分钟，常温状态下熔炼；
C）.浇铸Φ520mm电极——在真空炉的真空模室中浇铸；
D）. 电极切头、表面研磨进而电渣重熔成Φ660mm锭型；
E）.将获得的电渣锭，利用快锻机锻制成Φ520mm电极棒；
F）. 电极切头、表面研磨——真空自耗炉熔炼Φ610mm自耗锭；
G）. 自耗锭均匀化、剥皮处理——在10米退火炉中均匀化处理Φ610mm自耗锭；
H）.开坯锻造、成形；
I）.超声波检测探伤；
J）.入库；
其特征在于，所述铸锭退火均匀化处理的温度为1170℃，退火时间为30小时, 晶粒尺寸为445μm。
2.一种GH4738镍基高温合金铸锭均匀化处理方法，具体包括以下步骤：
A）. 原材料准备：
各个原材料的质量百分比为：C：0.02-0.08；Al：1.2-1.6；Ti：2.75-3.25；Co：12.0-15.0；Cr：18.0-21.0；Mo：3.5-5.0；Fe≤2.0；S≤0.001；P≤0.005；Ni余量；
B）.真空感应炉熔炼：
真空度小于1.0Pa，空载漏气率小于0.11Pa/分钟，常温状态下熔炼；
C）.浇铸Φ520mm电极——在真空炉的真空模室中浇铸；
D）. 电极切头、表面研磨进而电渣重熔成Φ660mm锭型；
E）.将获得的电渣锭，利用快锻机锻制成Φ520mm电极棒；
F）. 电极切头、表面研磨——真空自耗炉熔炼Φ610mm自耗锭；
G）. 自耗锭均匀化、剥皮处理——在10米退火炉中均匀化处理Φ610mm自耗锭；
H）.开坯锻造、成形；
I）.超声波检测探伤；
J）.入库；
其特征在于，所述铸锭退火均匀化处理的温度为1160℃，退火时间为50小时，晶粒尺寸为490μm。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: CNPC BOHAI EQUIPMENT MANUFACTURING CO., LTD. UNIVE Effective date: 20150513 Owner name: CHINA PETROLEUM AND NATURAL GAS GROUP CO. Free format text: FORMER OWNER: UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY BEIJING Effective date: 20150513 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| C53 | Correction of patent for invention or patent application | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Yao Zhihao Inventor after: Dong Jianxin Inventor after: Zhang Yufeng Inventor before: Yao Zhihao Inventor before: Dong Jianxin Inventor before: Zhang Maicang |
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: YAO ZHIHAO DONG JIANXIN ZHANG MAICANG TO: YAO ZHIHAO DONG JIANXIN ZHANG YUFENG |
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| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20150513 Address after: 100007 Beijing, Dongzhimen, North Street, No. 9, No. Applicant after: China National Petroleum Corporation Applicant after: CNPC Bohai Equipment Manufacturing Co., Ltd. Applicant after: University of Science and Technology Beijing Address before: 100083 Haidian District, Xueyuan Road, No. 30, Applicant before: University of Science and Technology Beijing |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20150722 Termination date: 20160607 |