一種高純凈度鎳基合金大型鍛件制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于大型鍛件制造技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種高純凈度鑲基合金大型鍛件制 備方法，主要適用于核電、能源、冶金、機(jī)械、化工等領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 大型鍛件是大型裝備中不可缺少的零部件，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的機(jī)厘、禍輪盤，燃?xì)?輪機(jī)中的壓氣機(jī)盤，火電設(shè)備中的汽輪機(jī)葉片、轉(zhuǎn)子，核電設(shè)備中的壓力容器、蒸發(fā)器主管 道W及壓緊彈黃等，該些鍛件由于尺寸大，性能要求高，因而制造難度大，尤其是核電用大 型鍛件。核電站是利用核分裂或核融合反應(yīng)所釋放的的能量產(chǎn)生電能的發(fā)電廠。目前商業(yè) 運(yùn)轉(zhuǎn)中的核能發(fā)電廠都是利用核分裂反應(yīng)而發(fā)電。根據(jù)反應(yīng)堆的類型，核電站可W分為壓 水堆核電站、沸水堆核電站、重水堆核電站和快中子增殖反應(yīng)堆，目前世界上和國內(nèi)應(yīng)用最 多的是壓水堆核電站。壓水型核電站反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)基本由W下幾個(gè)部分組成，反應(yīng)堆堆巧、 堆內(nèi)構(gòu)件、反應(yīng)堆壓力容器和頂蓋W及控制椿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。其中的堆內(nèi)構(gòu)件在整個(gè)核電站的 運(yùn)行過程中起著很重要的作用，如起著支承和固定堆巧組件作用，并使驅(qū)動(dòng)線對(duì)中，控制椿 運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向，同時(shí)又是冷卻劑通道，對(duì)流量進(jìn)行合理分配，減少無效流量，為壓力容器提供熱 屏蔽，減少中子丫射線照射，還能為堆內(nèi)測量提供安裝和固定條件，為壓力容器用材福照 監(jiān)督試驗(yàn)提供存放試樣場所。堆內(nèi)構(gòu)件在結(jié)構(gòu)上由堆巧下部支承構(gòu)件和堆巧上部支承構(gòu)件 組成，堆巧下部支承構(gòu)件又由吊籃、堆巧支承板、圍板和福板組件、堆巧下柵格板、熱屏蔽、 福照樣品管W及二次支承組件組成。堆巧上部支承構(gòu)件由導(dǎo)向筒支承板、堆巧上柵格板、控 制椿導(dǎo)向筒、支承柱、熱電偶和壓緊彈黃組成。
[0003] 鑲基合金是指在650~1000°C高溫下有較高的強(qiáng)度與一定的抗氧化腐蝕能力等 綜合性能的一類合金。按照主要性能又細(xì)分為鑲基耐熱合金，鑲基耐蝕合金，鑲基耐磨合 金，鑲基精密合金與鑲基形狀記憶合金等。高溫合金按照基體的不同，分為：鐵基高溫合金， 鑲基高溫合金與鉆基高溫合金。其中鑲基高溫合金簡稱鑲基合金。鑲基高溫合金是30年 代后期開始研制的。英國于1941年首先生產(chǎn)出鑲基合金Nimonic75(Ni-20化-0.4Ti);為 了提高蠕變強(qiáng)度又添加侶，研制出Nimonic80(Ni-20化-2. 5Ti-1.3Al)。美國于40年代中 期，蘇聯(lián)于40年代后期，中國于50年代中期也研制出鑲基合金。鑲基合金的發(fā)展包括兩個(gè) 方面；合金成分的改進(jìn)和生產(chǎn)工藝的革新。50年代初，真空烙煉技術(shù)的發(fā)展，為煉制含高侶 和鐵的鑲基合金創(chuàng)造了條件。初期的鑲基合金大都是變形合金。50年代后期，由于禍輪葉 片工作溫度的提高，要求合金有更高的高溫強(qiáng)度，但是合金的強(qiáng)度高了，就難W變形，甚至 不能變形，于是采用烙模精密鑄造工藝，發(fā)展出一系列具有良好高溫強(qiáng)度的鑄造合金。60年 代中期發(fā)展出性能更好的定向結(jié)晶和單晶高溫合金W及粉末冶金高溫合金。為了滿足艦船 和工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)的需要，60年代W來還發(fā)展出一批抗熱腐蝕性能較好、組織穩(wěn)定的高銘鑲 基合金。在從40年代初到70年代末大約40年的時(shí)間內(nèi)，鑲基合金的工作溫度從700°C提 高到llOOC，平均每年提高10°C左右。鑲基高溫合金中應(yīng)用最為廣泛。主要原因在于，一 是鑲基合金中可W溶解較多合金元素，且能保持較好的組織穩(wěn)定性；二是可W形成共格有 序的A3B型金屬間化合物丫 [Ni3(Al，Ti)]相作為強(qiáng)化相，使合金得到有效的強(qiáng)化，獲得比 鐵基高溫合金和鉆基高溫合金更高的高溫強(qiáng)度；=是含銘的鑲基合金具有比鐵基高溫合金 更好的抗氧化和抗燃?xì)飧g能力。鑲基合金含有十多種元素，其中Cr主要起抗氧化和抗腐 蝕作用，其他元素主要起強(qiáng)化作用。根據(jù)它們的強(qiáng)化作用方式可分為；固溶強(qiáng)化元素，如鶴、 鋼、鉆、銘和饑等；沉淀強(qiáng)化元素，如侶、鐵、魄和粗；晶界強(qiáng)化元素，如棚、錯(cuò)、儀和稀±元素 等。鑲基高溫合金按強(qiáng)化方式有固溶強(qiáng)化型合金和沉淀強(qiáng)化型合金。由于鑲基合金具有 優(yōu)良的熱強(qiáng)性、抗氧化性W及耐腐蝕性等特點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用于核電領(lǐng)域，如用來制造管 材、鍛件等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種高純凈度鑲基合金大型鍛件制備方法，采用該方法可 W獲得高純凈度鑲基合金大型鍛件，減少熱加工工序時(shí)間，節(jié)省能源，避免鍛件角部開裂， 提高工件的成品率；該方法具有操作簡單，易于掌握等特點(diǎn)。
[0005] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明是該樣實(shí)現(xiàn)的：
[0006] 本發(fā)明的鑲基合金采用真空感應(yīng)爐冶煉，再經(jīng)過電渣重烙，形成鋼錠。其化學(xué)成分 組成重量百分比為；C;0. 03 ~1. 00%，Si 0. 5%，Mn;0. 5 ~0. 8%，P0. 008%，S; 《0. 010%，Cr;12. 0 ~18. 0%，Ti;2. 0 ~3. 0%，A1 ;0. 4 ~1. 5%，佩；0. 50 ~1. 50%， 化；5. 0 ~9. 0%，Co;《0. 08%，Cu;《0. 02%，Pb;《0. 001%，Bi;《0. 001%，Sn; 《0. 0025%，Sb;《 0. 0025%，As;《 0. 0025%，其余為Ni和不可避免的雜質(zhì)。采用容量為 6噸的真空感應(yīng)爐，冶煉爐在升溫過程中，在功率為250KW、600KW和800KW時(shí)各保溫25~ 35min。冶煉過程中先添加金屬銘、金屬鑲、娃鐵、純鐵、純碳椿，該些原料不分先后；待結(jié)膜 后再烙清（通常指爐料烙化成均質(zhì)液態(tài)的工藝過程）時(shí)再添加侶、鐵和魄，同樣不分先后； 取爐前分析后充入氣氣，當(dāng)氣壓達(dá)到20~25托時(shí)添加錯(cuò)和鋪，待取樣分析成分合格后，繼 續(xù)充入氣氣，保證氣壓達(dá)到240~260托，加入鑲-儀合金，3~5分鐘后出鋼，帶電誘注，誘 注時(shí)溫度保證1510°C~1530°C。電渣重烙冶煉采用的結(jié)晶器直徑為430mm，渣量為54~ 58Kg，保證重烙后渣冠厚度為100mm~120mm，烙速控制在4Kg~5Kg/min，重烙過程中充 入氣氣保護(hù)。電渣錠經(jīng)過表面打磨、修整后在2000噸快鍛機(jī)上開巧，開巧溫度為119(TC~ 1200°C，保溫時(shí)間為4~5個(gè)小時(shí)。鋼錠經(jīng)過鍛造，形成。1200mmX280mm餅狀鍛件，在鋼 餅距中屯、320mm~330mm處用鉆床鉆出一個(gè)。2~3mm通孔，在通孔處通入鋼絲，W鋼餅 中屯、為圓屯、進(jìn)行線切割，切出。650mm-個(gè)圓形通孔，形成。1200mm(外圓）/cC>650mm(內(nèi) 圓）X280mm環(huán)形鍛件。
[0007] 本發(fā)明的關(guān)鍵在于；首先通過采用純金屬作為原材料，并采用合適的冶煉工藝參 數(shù)，獲得高純凈度的鋼錠。其次在鋼錠鍛造成餅狀后，采用線切割對(duì)環(huán)形鍛件中間通孔進(jìn)行 加工，減少了熱加工火次，同時(shí)避免了鍛件角部開裂，提高了工件的合格率。
[0008] 核電站用鋼對(duì)材料的純凈度要求較高，尤其對(duì)堆內(nèi)構(gòu)件材料的雜質(zhì)元素要求更高 如Co、化、P、Pb、Sn、Bi、訊、As等，其中的雜質(zhì)元素在長期的中子福照過程中會(huì)導(dǎo)致材料脆 化，嚴(yán)重降低材料的使用性能。在冶