CN110331352A - 一种控制镍基合金碳化物分布的径锻方法 - Google Patents

一种控制镍基合金碳化物分布的径锻方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种控制镍基合金碳化物分布的径锻方法，包括：(1)制备镍基合金铸锭；(2)将镍基合金铸锭加热至预设温度，并在预设温度下保温预设时间以进行加热处理；(3)将经过加热处理的镍基合金铸锭进行n个道次径锻，其中n是大于1的整数；其中，第n个道次的径锻的终锻温度＝第n个道次的径锻的锻比0.12×前n‑1个道次的径锻的终锻温度。采用本发明的径锻方法能够实现碳氮化物条链状评级≤1级。

Description

一种控制镍基合金碳化物分布的径锻方法
技术领域
本发明属于冶金领域，具体地，本发明涉及一种镍基合金的锻造方法，更具体地，本发明涉及一种控制镍基合金碳化物分布的径锻方法。
背景技术
镍基合金因其优异的性能，在石油化工、航空航天、能源领域均有广泛的应用，产品形态涉及棒、管、板、线、丝材等。为满足工业发展的需求，镍基合金的生产量也在不断增加。镍基合金由于具有含有大量的强析出合金化元素，如何控制碳化物分布一直是一难题。
对于镍基合金后期再次进行加工的管坯及棒材，可以采用径锻方式进行生产。而对于径锻工艺，其最大优点是外形尺寸可以精确控制、生产效率高，是目前较为先进的锻造技术。但是，由于径锻每道次变形量较少，因此锻造时间长。在高锻比情况下，很难一火成材，终锻温度难以保证，锻中必须进行均热回火后再次锻造。由于进行了多次热循环-变形，内部组织及碳化物难以有效控制，碳化物经常以条链状或者聚集态进行分布，此类分布的碳化物在后期制管及线材生产过程中是潜在裂纹源，必须避免。
发明内容
本发明的发明目的是针对现有技术中存在的上述缺陷，提供一种控制镍基合金碳化物分布的径锻方法。
具体来说，本发明通过如下技术方案实现的：
一种控制镍基合金碳化物分布的径锻方法，包括如下步骤：
(1)制备镍基合金铸锭；
(2)将镍基合金铸锭加热至预设温度，并在预设温度下保温预设时间以进行加热处理；
(3)将经过加热处理的镍基合金铸锭进行n个道次径锻，其中n是大于1的整数；其中，第n个道次的径锻的终锻温度＝第n个道次的径锻的锻比0.12×前n-1个道次的径锻的终锻温度。
进一步地，在步骤(1)中，采用真空感应冶炼+电渣重熔的方法或者真空感应冶炼+真空自耗的方法制备镍基合金铸锭。
进一步地，在步骤(2)中，
进一步地，在步骤(2)中，预设温度通过PTT相图来确定。
进一步地，在步骤(3)中，第n个道次的径锻的锻比是1.2～1.6。
进一步地，在步骤(3)中，前n-1个道次的径锻的终锻温度通过PTT相图来确定。
进一步地，在步骤(3)中，总锻比大于4。
进一步地，在步骤(3)中，n是3。
一种镍基合金，采用上述径锻方法得到。
进一步地，镍基合金的碳氮化物条链状评级≤1级。
相比于现有技术，本发明的技术方案至少具有如下有益效果：
采用本发明的控制镍基合金碳化物分布的径锻方法可以实现对镍基合金中碳化物分布的有效控制，消除碳化物条链状及聚集态分布，达到镍基合金的碳氮化物条链状评级≤1级的技术效果。
具体实施方式
为充分了解本发明之目的、特征及功效，借由下述具体的实施方式，对本发明做详细说明，但本发明并不仅仅限于此。
针对目前镍基合金生产过程中由于进行多次热循环-变形而造成的内部组织及碳化物难以有效控制、碳化物经常以条链状或者聚集态进行分布的问题，本发明的发明人通过研究，从加热温度、保温时间、过程终锻温度、最后一道次的锻比、最后一道次的终锻温度这五个方面对径锻方法进行改进，从而提出了一种控制镍基合金碳化物分布的径锻方法，消除了碳化物条链状及聚集态分布，从而避免了此类分布的碳化物在后期制管及线材生产过程中可能成为潜在裂纹源的问题。
在一种优选的实施方式中，本发明的控制镍基合金碳化物分布的径锻方法包括如下步骤：
(1)制备镍基合金铸锭
镍基合金铸锭可以采用VIM+ESR(真空感应冶炼+电渣重熔)方法或者VIM+VAR(真空感应冶炼+真空自耗)方法来制备。真空感应冶炼、电渣重熔、真空自耗都是本领域的已知方法，在实际生产中，本领域技术人员可以根据实际需要来合理选择所需设备和工艺条件，在此不做赘述。在此过程中，确定所锻镍基合金的PTT(析出-温度-时间)相图，以便确定合理的锻造温度控制范围。其中，PTT相图可以根据已有文献来获得，例如，约翰·N·杜邦.镍基合金焊接冶金和焊接性.上海科学技术文献出版社，2014年5月1日。
(2)加热处理
将镍基合金铸锭加热至预设温度，并在预设温度下保温预设时间以进行加热处理。其中，预设温度(即加热温度)优选采用步骤(1)中根据PTT相图所确定的锻造温度范围；预设时间(即保温时间)优选根据镍基合金铸锭的直径来确定，具体地，
(3)径锻处理
将经过加热处理的镍基合金铸锭进行多道次径锻(n个道次，其中n是大于1的整数)，径锻的总锻比(即，铸锭初始截面面积/成品截面面积)应保证大于4。对于镍基合金来讲，总锻比大于4，能够保证铸锭心部锻透，使铸态组织破碎，发生完全动态再结晶。并且锻比越大，晶粒越细小均匀。
在本步骤中，前n-1个道次的径锻的终锻温度(即过程终锻温度)优选通过步骤(1)中的PTT相图来确定。
在本步骤中，第n个道次的径锻的锻比(即最后一道次的锻比)优选是1.2～1.6。
在本步骤中，因为析出物存在应变诱导析出行为，锻造过程中析出物的析出温度要比平衡析出温度高，因此，第n个道次的径锻的终锻温度(即最后一道次的终锻温度)优选根据第n个道次的径锻的锻比和前n-1个道次的径锻的终锻温度来确定，即第n个道次的径锻的终锻温度＝第n个道次的径锻的锻比0.12×前n-1个道次的径锻的终锻温度。
在本步骤中，将经过加热处理的镍基合金铸锭优选进行三道次径锻(n＝3)。
在本发明中，发明人从加热温度、保温时间、过程终锻温度、最后一道次的锻比、最后一道次的终锻温度这五个方面对径锻方法进行改进。
具体地，加热温度对镍基合金的热加工极其重要，如果加热温度过高，则合金会发生过烧，晶界脆化，变形时直接碎裂。如果加热温度过低，一方面不能把析出物有效回溶，对最终性能不利，另一方面变形抗力过大，锻造极易开裂。保温时间对锻造过程影响较大，保温时间过长，合金氧化损失加大，并且铸锭表面易产生显微裂纹。保温时间过短，则铸锭存在内外温差，锻造时发生开裂，并且析出物在断面方向分布不均匀，影响使用性能。过程终锻温度的合理选择，可以使锻坯表面不产生锻造裂纹，内部不产生析出物。由于锻坯过程回炉，组织会发生静态再结晶及生长，最后一道次的锻比可以使组织均匀化。由于多道次的锻造，内部累积应变能，析出物的析出温度会比平衡析出温度高，因此，为了控制碳化物析出，最终道次的终锻温度要有所提升。本发明通过采用上述的加热温度、保温时间、过程终锻温度、最后一道次的锻比、最后一道次的终锻温度，并在这5个参数的配合作用之下，最终实现了有效控制镍基合金碳化物分布并消除了碳化物条链状及聚集态分布。
实施例
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
实施例1
(1)制备镍基合金铸锭
采用VIM+ESR工艺，即真空感应冶炼+电渣重熔工艺，来制备镍基合金铸锭。制备的镍基合金铸锭主要成分质量百分配比为：Ni基、22％Cr、9％Mo和3.8％Nb。制备的镍基合金铸锭的直径是600mm，即铸锭初始尺寸为φ600mm。
(2)加热处理
将步骤(1)制备的镍基合金铸锭送入加热炉中，加热至预设温度，并在预设温度下保温预设时间，其中预设温度是1180℃，预设时间是
(3)径锻处理
将镍基合金铸锭从加热炉输出，送入径锻机中进行3火次径锻处理。第一、第二火次锻造完成后回炉保温温度均为1180℃，终锻温度为930℃。第一火次锻造规格为φ420mm，回炉保温时间126min。第二火次锻造规格为φ280mm，回炉保温时间80min。
本步骤的总锻比是6.8，终锻尺寸为φ230mm，因此，第三火次的锻比为280/230＝1.48，终锻温度(℃)＝1.480.12×930(℃)＝975℃，锻后水冷。
参照GB/T 10561中B类夹杂物评级标准检测条链状碳氮化物为0.5级。
实施例2
(1)制备镍基合金铸锭
采用VIM+VAR工艺，即真空感应冶炼+真空自耗工艺，来制备镍基合金铸锭。制备的镍基合金铸锭主要成分质量百分配比为：Ni基、22％Cr、9％Mo和3.8％Nb。制备的镍基合金铸锭的直径是600mm，即铸锭初始尺寸为φ600mm。
(2)加热处理
将步骤(1)制备的镍基合金铸锭送入加热炉中，加热至预设温度，并在预设温度下保温预设时间，其中预设温度是1180℃，预设时间是
(3)径锻处理
将镍基合金铸锭从加热炉输出，送入径锻机中进行3火次径锻处理。第一、第二火次锻造完成后回炉保温温度均为1180℃，终锻温度为940℃。第一火次锻造规格为φ400mm，回炉保温时间120min。第二火次锻造规格为φ250mm，回炉保温时间69min。
本步骤的总锻比是8.16，终锻尺寸为φ210mm，因此，第三火次的锻比为250/210＝1.41，终锻温度(℃)＝1.410.12×940(℃)＝969℃，锻后水冷。
参照GB/T 10561中B类夹杂物评级标准检测条链状碳氮化物为0.5级。
实施例3
(1)制备镍基合金铸锭
采用VIM+ESR工艺，即真空感应冶炼+电渣重熔工艺，来制备镍基合金铸锭。制备的镍基合金铸锭主要成分质量百分配比为：Ni基、22％Cr、9％Mo和3.8％Nb。制备的镍基合金铸锭的直径是600mm，即铸锭初始尺寸为φ600mm。
(2)加热处理
将步骤(1)制备的镍基合金铸锭送入加热炉中，加热至预设温度，并在预设温度下保温预设时间，其中预设温度是1180℃，预设时间是
(3)径锻处理
将镍基合金铸锭从加热炉输出，送入径锻机中进行3火次径锻处理。第一、第二火次锻造完成后回炉保温温度均为1180℃，终锻温度为940℃。第一火次锻造规格为φ400mm，回炉保温时间120min。第二火次锻造规格为φ245mm，回炉保温时间68min。
本步骤的总锻比是9.46，终锻尺寸为φ195mm，因此，第三火次的锻比为245/195＝1.58，终锻温度(℃)＝1.580.12×940(℃)＝982℃，锻后水冷。
参照GB/T 10561中B类夹杂物评级标准检测条链状碳氮化物为0.5级。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的替代、修饰、组合、改变、简化等，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种控制镍基合金碳化物分布的径锻方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)制备镍基合金铸锭；
(2)将镍基合金铸锭加热至预设温度，并在预设温度下保温预设时间以进行加热处理；
(3)将经过加热处理的镍基合金铸锭进行n个道次径锻，其中n是大于1的整数；其中，第n个道次的径锻的终锻温度＝第n个道次的径锻的锻比0.12×前n-1个道次的径锻的终锻温度。
2.根据权利要求1所述的径锻方法，其特征在于，在步骤(1)中，采用真空感应冶炼+电渣重熔的方法或者真空感应冶炼+真空自耗的方法制备镍基合金铸锭。
3.根据权利要求1所述的径锻方法，其特征在于，在步骤(2)中，
4.根据权利要求1所述的径锻方法，其特征在于，在步骤(2)中，预设温度通过PTT相图来确定。
5.根据权利要求1所述的径锻方法，其特征在于，在步骤(3)中，第n个道次的径锻的锻比是1.2～1.6。
6.根据权利要求1所述的径锻方法，其特征在于，在步骤(3)中，前n-1个道次的径锻的终锻温度通过PTT相图来确定。
7.根据权利要求1所述的径锻方法，其特征在于，在步骤(3)中，总锻比大于4。
8.根据权利要求1所述的径锻方法，其特征在于，在步骤(3)中，n是3。
9.一种采用权利要求1～8任一项所述的径锻方法得到镍基合金。
10.根据权利要求9所述的镍基合金，其特征在于，所述镍基合金的碳氮化物条链状评级≤1级。
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