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CN112877514A - Ni-Cr-Fe-Al合金板材热处理方法及Ni-Cr-Fe-Al合金板材 - Google Patents

Ni-Cr-Fe-Al合金板材热处理方法及Ni-Cr-Fe-Al合金板材 Download PDF

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Abstract

本发明涉及镍基合金板材制造技术领域，具体涉及一种Ni‑Cr‑Fe‑Al合金板材热处理方法及Ni‑Cr‑Fe‑Al合金板材。其中，本发明的Ni‑Cr‑Fe‑Al合金板材热处理方法，包括：将所述Ni‑Cr‑Fe‑Al合金板材于1120‑1180℃温度下进行固溶热处理15min以上。经实践证明，本发明可以更加准确的控制板材的晶粒组织及综合力学性能。

Description

Ni-Cr-Fe-Al合金板材热处理方法及Ni-Cr-Fe-Al合金板材
技术领域
本发明涉及镍基合金板材制造技术领域，具体涉及一种Ni-Cr-Fe-Al合金板材热处理方法及Ni-Cr-Fe-Al合金板材。
背景技术
镍基合金具有良好的高温强度、抗氧化和耐腐蚀性能，广泛应用于石油化工、能源、机械、环保等行业，是经济建设和国防军工不可或缺的一类极其重要的材料。镍基合金板材生产工艺流程长、质量要求高、工艺控制要求复杂。在镍基合金板材生产过程中，由于其对热处理工艺比较敏感，经常出现混晶、力学性能不合等问题。本发明针对高温条件下长期服役、使用量最为广泛的一种Ni-Cr-Fe-Al镍基合金板材开展研究工作，重点解决其综合性能差等问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种Ni-Cr-Fe-Al合金板材热处理方法及Ni-Cr-Fe-Al合金板材。
具体的，本发明的Ni-Cr-Fe-Al合金板材热处理方法，包括：将所述Ni-Cr-Fe-Al合金板材于1120-1180℃温度下进行固溶热处理15min以上。
上述的Ni-Cr-Fe-Al合金板材热处理方法，当所述Ni-Cr-Fe-Al合金板材的厚度小于10mm时，所述固溶热处理的温度为1120-1140℃，时长为15-20min；当所述Ni-Cr-Fe-Al合金板材的厚度在10mm以上并小于30mm时，所述固溶热处理的温度为1140-1160℃，时长为20-30min；当所述Ni-Cr-Fe-Al合金板材的厚度在30mm以上时，所述固溶热处理的温度为1160-1180℃，时长为35min以上。
上述的Ni-Cr-Fe-Al合金板材热处理方法，按重量百分比计，所述Ni-Cr-Fe-Al合金板材包括：C≤0.100％，Si≤0.50％，Mn≤1.00％，P≤0.030％，S≤0.015％，Cr 21.00％-25.00％，Ni 58.00％-63.00％，Cu≤1.00％，Al 1.00％-1.70％及余量的Fe和不可避免的杂质。
上述的Ni-Cr-Fe-Al合金板材热处理方法，还包括：采用VIM+ESR方法冶炼得到Ni-Cr-Fe-Al合金铸坯。
上述的Ni-Cr-Fe-Al合金板材热处理方法，还包括：轧制所述Ni-Cr-Fe-Al合金铸坯，其中，加热温度控制在1180-1220℃，终轧温度≥850℃。
另一方面，本发明的Ni-Cr-Fe-Al合金板材，由上述的Ni-Cr-Fe-Al合金板材热处理方法制备而成。
上述的Ni-Cr-Fe-Al合金板材，所述Ni-Cr-Fe-Al合金板材的屈服强度＞220MPa，抗拉强度＞590MPa，伸长率＞60％。
上述的Ni-Cr-Fe-Al合金板材，所述Ni-Cr-Fe-Al合金板材平均晶粒度为2-4级。
本发明的技术方案具有如下的有益效果：
(1)本发明的Ni-Cr-Fe-Al合金板材热处理方法可以更加准确的控制板材的晶粒组织及综合力学性能；
(2)本发明的Ni-Cr-Fe-Al合金板材，厚度方向晶粒组织均匀，板材延伸率及面缩率高，高温下长期服役稳定。
具体实施方式
为了充分了解本发明的目的、特征及功效，通过下述具体实施方式，对本发明作详细说明。本发明的工艺方法除下述内容外，其余均采用本领域的常规方法或装置。下述名词术语除非另有说明，否则均具有本领域技术人员通常理解的含义。
具体的，本发明提供了一种Ni-Cr-Fe-Al合金板材热处理方法，具体讲是指如何通过工艺控制，从而对板材综合性能进行有效控制。
本发明的Ni-Cr-Fe-Al合金板材热处理方法，包括：将Ni-Cr-Fe-Al合金板材于1120-1180℃温度下进行固溶热处理15min以上，优选为15-60min。借此，可以更加准确的控制板材的晶粒组织及综合力学性能。
Ni-Cr-Fe-Al合金板材的厚度对所述固溶热处理的温度和时长均具有明显影响。在一些优选的实施方式中，本发明的Ni-Cr-Fe-Al合金板材热处理方法根据Ni-Cr-Fe-Al合金板材的厚度不同而不同，即：
(1)当所述Ni-Cr-Fe-Al合金板材的厚度小于10mm时，所述固溶热处理的温度为1120-1140℃，时长为15-20min；
(2)当所述Ni-Cr-Fe-Al合金板材的厚度在10mm以上并小于30mm时，所述固溶热处理的温度为1140-1160℃，时长为20-30min；
(3)当所述Ni-Cr-Fe-Al合金板材的厚度在30mm以上时，所述固溶热处理的温度为1160-1180℃，时长为35min以上。
经大量实践证明，当Ni-Cr-Fe-Al合金板材的固溶热处理制度不在本发明的保护范围时，均不能得到优异的晶粒组织和力学性能，具体的，如：当板材厚度6mm时，固溶热处理选择1100℃，时间25min，实测晶粒度2-7级，并且处于未完全静态再结晶及混晶状态，级差达到5级，实测伸长率41％，延伸率差。当板材厚度22mm时，固溶热处理选择1160℃，时间40min，实测主要晶粒度7级，次要晶粒度0级，极差达到了7级，处于混晶状态。当板材厚度50mm时，固溶热处理选择1190℃，时间40min，实测晶粒度0-00级，屈服强度198Mpa，强度不合。
其中，所述Ni-Cr-Fe-Al合金板材，按重量百分比计，包括：C≤0.100％，Si≤0.50％，Mn≤1.00％，P≤0.030％，S≤0.015％，Cr 21.00％-25.00％，Ni 58.00％-63.00％，Cu≤1.00％，Al 1.00％-1.70％及余量的Fe和不可避免的杂质。
优选的，为了保证合金的冶金纯净度及综合质量，本发明的Ni-Cr-Fe-Al合金板材的铸坯采用VIM+ESR方法冶炼而得。
本领域中，VIM+ESR为真空感应冶炼+电渣重熔。
可选的，采用VIM+ESR方法冶炼Ni-Cr-Fe-Al合金时的工艺参数为本领域现有的，本申请在此不做具体限定。
优选的，在轧制Ni-Cr-Fe-Al合金铸坯时，坯料加热温度为1180-1220℃，终轧温度≥850℃。
在轧制Ni-Cr-Fe-Al合金铸坯过程中，当坯料加热温度低于1180℃时，由于轧制温度低，板材动态再结晶发生不完全，组织不易控制；当坯料加热温度高于1220℃时，合金的热塑性急剧降低，第一道次轧制易开裂；当终轧温度小于850℃时，变形抗力显著提升，板材易出现轧制裂纹，板型差。
可选的，所述Ni-Cr-Fe-Al合金铸坯的轧制道次及变形率均为本领域现有的，本申请在此不做具体限定。
另一方面，本发明提供了一种Ni-Cr-Fe-Al合金板材，其由上述的Ni-Cr-Fe-Al合金板材热处理方法制备而成。
其中，所述Ni-Cr-Fe-Al合金板材，按重量百分比计，包括：C≤0.100％，Si≤0.50％，Mn≤1.00％，P≤0.030％，S≤0.015％，Cr 21.00％-25.00％，Ni 58.00％-63.00％，Cu≤1.00％，Al 1.00％-1.70％及余量的Fe和不可避免的杂质。
其中，所述Ni-Cr-Fe-Al合金板材的屈服强度＞220MPa，抗拉强度＞590MPa，伸长率＞60％。
其中，所述Ni-Cr-Fe-Al合金板材平均晶粒度为2-4级。
本发明的Ni-Cr-Fe-Al合金板材通过特定的热处理方法处理后，板材厚度方向晶粒组织均匀，板材延伸率及面缩率高，高温下长期服役稳定。
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。
其中，各实施例Ni-Cr-Fe-Al合金板材成分含量(％)见下表。
Figure BDA0002894297230000041
Figure BDA0002894297230000051
实施例1
采用VIM+ESR工艺获得镍基合金铸锭，其实际成分见上表。铸锭坯料加热温度1190℃，终轧温度900℃，成品板尺寸22*2500*6500mm。选择热处理工艺为1140℃-25min。获得板材力学性能为：屈服强度＝235Mpa、抗拉强度＝612Mpa、伸长率＝62％、面缩率＝72％，满足标准要求(标准要求：屈服强度≥205Mpa、抗拉强度≥550Mpa、伸长率≥30％、面缩无要求)。板材厚度方向组织均匀，平均晶粒度3级。
实施例2
采用VIM+ESR工艺获得镍基合金铸锭，其实际成分见上表。铸锭坯料加热温度1195℃，终轧温度890℃，成品板尺16*2000*6000mm。选择热处理工艺为1150℃-20min。获得板材力学性能为：屈服强度＝231Mpa、抗拉强度＝609Mpa、伸长率＝63％、面缩率＝71％，满足标准要求(标准要求：屈服强度≥205Mpa、抗拉强度≥550Mpa、伸长率≥30％、面缩无要求)。板材厚度方向组织均匀，平均晶粒度4级。
实施例3
采用VIM+ESR工艺获得镍基合金铸锭，其实际成分见上表。铸锭坯料加热温度1200℃，终轧温度910℃，成品板尺寸50*1600*4500mm。选择热处理工艺为1160℃-35min。获得板材力学性能为：屈服强度＝221Mpa、抗拉强度＝590Mpa、伸长率＝64％、面缩率＝71％，满足标准要求(标准要求：屈服强度≥205Mpa、抗拉强度≥550Mpa、伸长率≥30％、面缩无要求)。板材厚度方向组织均匀，平均晶粒度2级。
实施例4
采用VIM+ESR工艺获得镍基合金铸锭，其实际成分见上表。铸锭坯料加热温度1200℃，终轧温度900℃，成品板尺寸6*1500*6000mm。选择热处理工艺为1140℃-20min。获得板材力学性能为：屈服强度＝247Mpa、抗拉强度＝622Mpa、伸长率＝59％、面缩率＝67％，满足标准要求(标准要求：屈服强度≥205Mpa、抗拉强度≥550Mpa、伸长率≥30％、面缩无要求)。板材厚度方向组织均匀，平均晶粒度4级。
对比例1
采用VIM+ESR工艺获得镍基合金铸锭，其成分与实施例1相同。铸锭坯料加热温度1190℃，终轧温度900℃，成品板尺寸22*2500*6500mm。选择热处理工艺为1160℃-40min。获得板材力学性能为：屈服强度＝221Mpa、抗拉强度＝608Mpa、伸长率＝46％、面缩率＝51％，虽然满足标准要求(标准要求：屈服强度≥205Mpa、抗拉强度≥550Mpa、伸长率≥30％、面缩无要求)，但是实测主要晶粒度7级，次要晶粒度0级，极差达到了7级，处于混晶状态，将会对后期服役性能产生不利影响。
对比例2
采用VIM+ESR工艺获得镍基合金铸锭，其成分与实施例1相同。铸锭坯料加热温度1195℃，终轧温度890℃，成品板尺16*2000*6000mm。选择热处理工艺为1120℃-25min。获得板材力学性能为：屈服强度＝279Mpa、抗拉强度＝651Mpa、伸长率＝25％、面缩率＝38％，不满足标准要求(标准要求：屈服强度≥205Mpa、抗拉强度≥550Mpa、伸长率≥30％、面缩无要求)。
对比例3
采用VIM+ESR工艺获得镍基合金铸锭，其成分与实施例1相同。铸锭坯料加热温度1200℃，终轧温度910℃，成品板尺寸50*1600*4500mm。选择热处理工艺为1190℃-40min。获得板材力学性能为：屈服强度＝198Mpa、抗拉强度＝544Mpa、伸长率＝66％、面缩率＝67％，不满足标准要求(标准要求：屈服强度≥205Mpa、抗拉强度≥550Mpa、伸长率≥30％、面缩无要求)。并且实测晶粒度0-00级。
对比例4
采用VIM+ESR工艺获得镍基合金铸锭，其成分与实施例1相同。铸锭坯料加热温度1200℃，终轧温度900℃，成品板尺寸6*1500*6000mm。选择热处理工艺为1100℃-25min。获得板材力学性能为：屈服强度＝322Mpa、抗拉强度＝647Mpa、伸长率＝41％、面缩率＝32％，虽然满足标准要求(标准要求：屈服强度≥205Mpa、抗拉强度≥550Mpa、伸长率≥30％、面缩无要求)，但是实测晶粒度2-7级，并且处于未完全静态再结晶及混晶状态，级差达到5级。
本发明在上文中已以优选实施例公开，但是本领域的技术人员应理解的是，这些实施例仅用于描绘本发明，而不应理解为限制本发明的范围。应注意的是，凡是与这些实施例等效的变化与置换，均应视为涵盖于本发明的权利要求范围内。因此，本发明的保护范围应当以权利要求书中所界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种Ni-Cr-Fe-Al合金板材热处理方法，其特征在于，将所述Ni-Cr-Fe-Al合金板材于1120-1180℃温度下进行固溶热处理15min以上。
2.根据权利要求1所述的Ni-Cr-Fe-Al合金板材热处理方法，其特征在于，当所述Ni-Cr-Fe-Al合金板材的厚度小于10mm时，所述固溶热处理的温度为1120-1140℃，时长为15-20min；当所述Ni-Cr-Fe-Al合金板材的厚度在10mm以上并小于30mm时，所述固溶热处理的温度为1140-1160℃，时长为20-30min；当所述Ni-Cr-Fe-Al合金板材的厚度在30mm以上时，所述固溶热处理的温度为1160-1180℃，时长为35min以上。
3.根据权利要求1所述的Ni-Cr-Fe-Al合金板材热处理方法，其特征在于，按重量百分比计，所述Ni-Cr-Fe-Al合金板材包括：C≤0.100％，Si≤0.50％，Mn≤1.00％，P≤0.030％，S≤0.015％，Cr 21.00％-25.00％，Ni 58.00％-63.00％，Cu≤1.00％，Al 1.00％-1.70％及余量的Fe和不可避免的杂质。
4.根据权利要求1所述的Ni-Cr-Fe-Al合金板材热处理方法，其特征在于，还包括：采用VIM+ESR方法冶炼得到Ni-Cr-Fe-Al合金铸坯。
5.根据权利要求4所述的Ni-Cr-Fe-Al合金板材热处理方法，其特征在于，还包括：轧制所述Ni-Cr-Fe-Al合金铸坯，其中，加热温度控制在1180-1220℃，终轧温度≥850℃。
6.一种Ni-Cr-Fe-Al合金板材，其特征在于，其由权利要求1-5任一项所述的Ni-Cr-Fe-Al合金板材热处理方法制备而成。
7.根据权利要求6所述的Ni-Cr-Fe-Al合金板材，其特征在于，所述Ni-Cr-Fe-Al合金板材的屈服强度＞220MPa，抗拉强度＞590MPa，伸长率＞60％。
8.根据权利要求6所述的Ni-Cr-Fe-Al合金板材，其特征在于，所述Ni-Cr-Fe-Al合金板材平均晶粒度为2-4级。
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