一種700℃超超臨界汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子用鎳基合金鍛件的控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種700℃超超臨界汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子用鎳基合金鍛件的控制方法，均勻化熱處理采取階梯式加熱方法，在700~800℃、1110~1150℃設(shè)置臺階，以心部到溫為準(zhǔn)分別保溫2~3小時、5~9小時。室溫至700~800℃采取40℃/小時的速率緩慢升溫。特別設(shè)計了一段在1180~1220℃，以心部到溫為準(zhǔn)保溫20~50小時的高溫長時間保溫階段。鍛造溫度區(qū)間嚴(yán)格控制，始鍛溫度為1120~1190℃，終鍛溫度為880~980℃。固溶熱處理采取階梯式升溫方法，從室溫以40℃/小時的升溫速率升至700~800℃，以心部到溫為準(zhǔn)保溫2~3小時，最終的固溶溫度取1120~1180℃，以心部到溫為準(zhǔn)保溫1~3小時，出爐水冷冷卻。短時時效熱處理從室溫以40℃/小時的升溫速率升至700~800℃，以心部到溫為準(zhǔn)保溫1~5小時。
【專利說明】
一種700°C超超臨界汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子用鎳基合金鍛件的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種700°C超超臨界汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子用鎳基合金鍛件的控制方法，屬于鎳基合金鍛造制造技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在節(jié)能減排的發(fā)展趨勢下，作為占據(jù)我國乃至全球發(fā)電主力地位的燃煤電站迫切需要提升熱效率，向潔凈發(fā)電的道路邁進(jìn)。700°C超超臨界是目前火電領(lǐng)域最高效的技術(shù)參數(shù)，相比于600°C超超臨界發(fā)電技術(shù)，該機(jī)組供電效率可提高至48%?50%，每千瓦時煤耗可再降低40?50克，二氧化碳排放減少14%。
[0003]為了研制出能用于700°C超超臨界機(jī)組的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子鍛件，所以需要一種能夠在700 °C下具有良好持久性能的材料。該材料需要滿足在700 0C時1萬小時的持久強(qiáng)度不低于lOOMPa，同時其它一些諸如抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率、沖擊功等力學(xué)性能應(yīng)達(dá)到同類材料的基本要求。傳統(tǒng)的鋼鐵材料很難達(dá)到這種性能要求，而鎳基合金則具有充分的潛力。
[0004]鎳基合金具有優(yōu)良的高溫性能，原因在于其奧氏體基體中存在彌散析出的納米級別的γ ’強(qiáng)化相，并且該強(qiáng)化相在很高的溫度下也具有良好的穩(wěn)定性，可以保證鎳基合金在高溫時依然保持很高的強(qiáng)度。此外，合金元素固溶于鎳基合金的奧氏體基體中，也能起到很好的強(qiáng)化效果。這也是目前各類鎳基合金成為700°C超超臨界火電機(jī)組不同部件候選材料的原因。
[0005]鎳基合金雖然高溫性能出眾，但是其鍛件的制備難度卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過普通鋼鍛件。其難點在于:鎳基合金的合金元素含量較多，這使鑄態(tài)組織中合金元素顯微偏析嚴(yán)重，容易導(dǎo)致鍛造開裂；由于強(qiáng)化相在高溫時也存在，導(dǎo)致該類合金高溫抗力較大，鍛造溫度區(qū)間窄；固溶熱處理方式不得當(dāng)，容易使最后的組織中晶粒大小分布不均勻，力學(xué)性能不足且不穩(wěn)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服上述技術(shù)上的不足，本發(fā)明提供了一種700°C超超臨界汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子用鎳基合金鍛件的控制方法，采取均勻化熱處理、鍛造成型、固溶熱處理、短時時效熱處理，制成鎳基合金鍛件。
[0007]本發(fā)明解決其技術(shù)難題所采用的技術(shù)方案是:一種700°C超超臨界汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子用鎳基合金鍛件的控制方法，采取控制鍛造前均勻化熱處理、鍛造成型、固溶熱處理、短時時效熱處理，制成鎳基合金鍛件;鎳基合金化學(xué)成分重量百分含量為C: 0.03-0.08,Cr: 16?25、Mo:7~12、Co:9~14、Al:0.3~2.5、T1:0.5~1.8、Nb:0.1~0.6、B:0.003~0.008、Ta:0.1~0.3、W:0.1~0.5小6:0.1~2.5、21:0.01~0.05、(:11:0.05~0.15以及余量的附和雜質(zhì)，鍛造工藝中具體的技術(shù)參數(shù)如下:
一、均勻化熱處理采取階梯式加熱方法，在700?800 °C、1110?1150 °C設(shè)置臺階，以心部到溫為準(zhǔn)分別保溫2?3小時、5?9小時。室溫至700?800 V采取40 V /小時的速率緩慢升溫。特別設(shè)計了一段在1180?1220°C，以心部到溫為準(zhǔn)保溫20?50小時的高溫長時間保溫階段。
[0008]二、鍛造溫度區(qū)間嚴(yán)格控制，始鍛溫度為1120?1190°C，終鍛溫度為880?980°C。
[0009]三、固溶熱處理采取階梯式升溫方法，從室溫以40°C/小時的升溫速率升至700?800°C，以心部到溫為準(zhǔn)保溫2?3小時，最終的固溶溫度取1120?1180°C，以心部到溫為準(zhǔn)保溫I?3小時，出爐水冷冷卻。
[0010]四、短時時效熱處理從室溫以40°C/小時的升溫速率升至700?800°C，以心部到溫為準(zhǔn)保溫I?5小時。
[0011]采用經(jīng)真空感應(yīng)熔煉加電渣重熔冶煉的電渣錠進(jìn)行均勻化熱處理，均勻化熱處理前，在電渣錠冒口位置取試樣進(jìn)行金相和掃描觀察，重點分析心部和1/2半徑位置的合金元素顯微偏析程度，確定最終的均勻化溫度和時間。均勻化熱處理采用階梯式加熱方法，具體各階段升溫和保溫參數(shù)如下:
電渣錠冷裝爐，設(shè)置爐溫從室溫以40°C/小時的升溫速率升至700?800°C，以心部到溫為準(zhǔn)保溫2?3小時；
將爐溫以功率升溫速率升至1110?1150°C，以心部到溫為準(zhǔn)保溫5?9小時；
將爐溫以功率升溫速率升至1180?1220°C，進(jìn)行最終的均勻化處理，以心部到溫為準(zhǔn)保溫20?50小時；
最后降溫進(jìn)行鍛前熱處理，為鍛造做準(zhǔn)備。
[0012]采用經(jīng)過均勻化熱處理和鍛前熱處理的工件進(jìn)行開坯鍛造，先鐓粗后拔長。鍛造過程始鍛溫度控制在1120?1190°C，終鍛溫度控制在880?980°C。鍛造成型后，工件自然冷卻，進(jìn)行粗加工、精加工后，取樣分析工件不同位置的晶粒度，并進(jìn)行超聲探傷，確定晶粒度控制得當(dāng)且無超標(biāo)缺陷后，進(jìn)行下一工序。
[0013]隨后對工件進(jìn)行固溶熱處理，冷錠裝爐，從室溫以40°C/小時的升溫速率升至700?800 °C，以心部到溫為準(zhǔn)保溫2?3小時，最后升至1120?1180 °C，保溫I?3小時，保溫結(jié)束后出爐迅速放入水槽水冷，保證水槽內(nèi)的水可以循環(huán)流動。之后對工件粗加工、精加工，取樣分析不同位置的晶粒度，并進(jìn)行超聲波探傷，確定晶粒度控制得當(dāng)且無超標(biāo)缺陷后，進(jìn)行下一工序。
[0014]對固溶熱處理后的工件進(jìn)行短時時效熱處理，冷錠裝爐，以40°C/小時的升溫速率升至700?800°C，以心部到溫為準(zhǔn)保溫I?5小時，出爐空冷，取樣進(jìn)行力學(xué)性能檢測。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明制備的鎳基合金鍛件經(jīng)室溫力學(xué)性能檢測，其抗拉強(qiáng)度大于890MPa、屈服強(qiáng)度大于510MPa、延伸率大于30%、斷面收縮率大于30%、沖擊功大于90J。材料經(jīng)700°C高溫力學(xué)性能檢測，其抗拉強(qiáng)度大于600MPa、屈服強(qiáng)度大于400MPa、延伸率大于30%、斷面收縮率大于30%。采用實驗加外推法得到700 °C時10萬小時的持久強(qiáng)度大于185MPa。
[0016]采用本發(fā)明所述化學(xué)成分的鎳基合金，經(jīng)均勻化熱處理、鍛造成型、固溶處理、短時時效處理等關(guān)鍵工序后，其性能達(dá)到或超過了國內(nèi)外先進(jìn)水平，特別是持久強(qiáng)度滿足700°C超超臨界機(jī)組的使用條件。
【附圖說明】
[0017]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0018]圖1是本發(fā)明均勻化熱處理工藝曲線圖。
[0019]圖2是本發(fā)明固溶熱處理工藝曲線圖。
[0020]圖3是本發(fā)明短時時效熱處理工藝曲線圖。
【具體實施方式】
[0021]—種700°C超超臨界汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子用鎳基合金鍛件的控制方法，采取控制鍛造前均勻化熱處理、鍛造成型、固溶熱處理、短時時效熱處理，制成鎳基合金鍛件;鎳基合金化學(xué)成分重量百分含量為C:0.03~0.08、Cr:16~25、Mo:7~12、Co:9~14、Al:0.3~2.5、T1:0.5~1.8、Nb:0.1~0.6、B:0.003~0.008、Ta:0.1~0.3、W:0.1~0.5、Fe:0.1~2.5、Zr:0.01~0.05、Cu:0.05?0.15以及余量的Ni和雜質(zhì)，鍛造工藝中具體的技術(shù)參數(shù)如下:
一、均勻化熱處理采取階梯式加熱方法，在700?800 °C、1110?1150 °C設(shè)置臺階，以心部到溫為準(zhǔn)分別保溫2?3小時、5?9小時。室溫至700?800 V采取40 V /小時的速率緩慢升溫。特別設(shè)計了一段在1180?1220°C，以心部到溫為準(zhǔn)保溫20?50小時的高溫長時間保溫階段。
[0022]二、鍛造溫度區(qū)間嚴(yán)格控制，始鍛溫度為1120?1190°C，終鍛溫度為880?980°C。
[0023]三、固溶熱處理采取階梯式升溫方法，從室溫以40°C/小時的升溫速率升至700?800°C，以心部到溫為準(zhǔn)保溫2?3小時，最終的固溶溫度取1120?1180°C，以心部到溫為準(zhǔn)保溫I?3小時，出爐水冷冷卻。
[0024]四、短時時效熱處理從室溫以40°C/小時的升溫速率升至700?800°C，以心部到溫為準(zhǔn)保溫I?5小時。
[0025]實施例1:
采用經(jīng)真空感應(yīng)熔煉加電渣重熔冶煉的電渣錠進(jìn)行均勻化熱處理，均勻化熱處理前，在電渣錠冒口位置取試樣進(jìn)行金相和掃描觀察，重點分析心部和1/2半徑位置的合金元素顯微偏析程度，確定最終的均勻化溫度和時間。均勻化熱處理采用階梯式加熱方法，圖1為均勻化熱處理工藝曲線圖，具體方法為:
電渣錠冷裝爐，設(shè)置爐溫從室溫以40°C/小時的升溫速率升至700?800°C，以心部到溫為準(zhǔn)保溫2?3小時；
將爐溫以功率升溫速率升至1110?1150°C，以心部到溫為準(zhǔn)保溫5?9小時；
將爐溫以功率升溫速率升至1180?1220°C，進(jìn)行最終的均勻化處理，以心部到溫為準(zhǔn)保溫20?50小時；
最后降溫進(jìn)行鍛前熱處理，為鍛造做準(zhǔn)備。
[0026]采用經(jīng)過均勻化熱處理和鍛前熱處理的工件進(jìn)行開坯鍛造，先鐓粗后拔長。鍛造過程始鍛溫度控制在1120?1190°C，終鍛溫度控制在880?980°C。鍛造成型后，工件自然冷卻，進(jìn)行粗加工、精加工后，取樣分析工件不同位置的晶粒度，并進(jìn)行超聲探傷，確定晶粒度控制得當(dāng)且無超標(biāo)缺陷后，進(jìn)行下一工序。
[0027]隨后對工件進(jìn)行固溶熱處理，圖2為固溶熱處理工藝曲線圖；冷錠裝爐，從室溫以40°C/小時的升溫速率升至700?800°C，以心部到溫為準(zhǔn)保溫2?3小時，最后升至1120?1180°C，保溫I?3小時，保溫結(jié)束后出爐迅速放入水槽水冷，保證水槽內(nèi)的水可以循環(huán)流動。之后對工件粗加工、精加工，取樣分析不同位置的晶粒度，并進(jìn)行超聲波探傷，確定晶粒度控制得當(dāng)且無超標(biāo)缺陷后，進(jìn)行下一工序。
[0028]對固溶熱處理后的工件進(jìn)行短時時效熱處理，圖3為短時時效熱處理工藝曲線圖；冷錠裝爐，以40°C/小時的升溫速率升至700?800°C，以心部到溫為準(zhǔn)保溫I?5小時，出爐空冷，取樣進(jìn)行力學(xué)性能檢測。
[0029]本發(fā)明所述化學(xué)成分的鎳基合金，經(jīng)上述控制方法處理后，得到具有優(yōu)良高溫持久性能的鎳基合金鍛件。
[0030]本發(fā)明選用了一種具有優(yōu)異高溫強(qiáng)度的鎳基合金，結(jié)合傳統(tǒng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子鍛件的制備方法和鎳基合金鍛件的制備特殊性，提出一套行之有效的鎳基合金轉(zhuǎn)子鍛件的制備方法。最終得到的鎳基合金鍛件的力學(xué)性能可以滿足700°C超超臨界技術(shù)參數(shù)的要求。
【主權(quán)項】
1.一種700°C超超臨界汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子用鎳基合金鍛件的控制方法，其特征是:鎳基合金化學(xué)成分重量百分含量為C:0.03?0.08、Cr: 16?25、Mo:7~12、Co:9~14、Al:0.3~2.5、T1:0.5~.1.8、Nb:0.1~0.6、B:0.003~0.008、Ta:0.1~0.3、W:0.1~0.5、Fe:0.1~2.5、Zr:0.01~0.05、Cu:.0.05?0.15以及余量的Ni和雜質(zhì)，鍛造工藝中具體的技術(shù)參數(shù)如下: 一、均勻化熱處理采取階梯式加熱方法，在700?800°C、1110?1150 °C設(shè)置臺階，以心部到溫為準(zhǔn)分別保溫2?3小時、5?9小時;室溫至700?800 °C采取40 °C/小時的速率緩慢升溫;特別設(shè)計了一段在1180?1220°C，以心部到溫為準(zhǔn)保溫20?50小時的高溫長時間保溫階段； 二、鍛造溫度區(qū)間嚴(yán)格控制，始鍛溫度為1120~1190°C，終鍛溫度為880?980°C; 三、固溶熱處理采取階梯式升溫方法，從室溫以40°C/小時的升溫速率升至700?800°C，以心部到溫為準(zhǔn)保溫2?3小時，最終的固溶溫度取1120?1180°C，以心部到溫為準(zhǔn)保溫1~3小時，出爐水冷冷卻； 四、短時時效熱處理從室溫以40°C/小時的升溫速率升至700?800°C，以心部到溫為準(zhǔn)保溫I?5小時； 具體方法為: 電渣錠冷裝爐，設(shè)置爐溫從室溫以400C/小時的升溫速率升至700?800 °C，以心部到溫為準(zhǔn)保溫2?3小時； 將爐溫以功率升溫速率升至1110?1150°C，以心部到溫為準(zhǔn)保溫5?9小時； 將爐溫以功率升溫速率升至1180?1220°C，進(jìn)行最終的均勻化處理，以心部到溫為準(zhǔn)保溫20?50小時； 最后降溫進(jìn)行鍛前熱處理，為鍛造做準(zhǔn)備； 采用經(jīng)過均勻化熱處理和鍛前熱處理的工件進(jìn)行開坯鍛造，先鐓粗后拔長;鍛造過程始鍛溫度控制在1120?1190°C，終鍛溫度控制在880?980°C ；鍛造成型后，工件自然冷卻，進(jìn)行粗加工、精加工后，取樣分析工件不同位置的晶粒度，并進(jìn)行超聲探傷，確定晶粒度控制得當(dāng)且無超標(biāo)缺陷后，進(jìn)行下一工序； 隨后對工件進(jìn)行固溶熱處理，冷錠裝爐，從室溫以40°C/小時的升溫速率升至700?800°C，以心部到溫為準(zhǔn)保溫2?3小時，最后升至1120?1180°C，保溫I?3小時，保溫結(jié)束后出爐迅速放入水槽水冷，保證水槽內(nèi)的水可以循環(huán)流動;之后對工件粗加工、精加工，取樣分析不同位置的晶粒度，并進(jìn)行超聲波探傷，確定晶粒度控制得當(dāng)且無超標(biāo)缺陷后，進(jìn)行下一工序; 對固溶熱處理后的工件進(jìn)行短時時效熱處理，冷錠裝爐，以40°C/小時的升溫速率升至.700?800°C，以心部到溫為準(zhǔn)保溫I?5小時，出爐空冷，取樣進(jìn)行力學(xué)性能檢測。
【文檔編號】C22F1/10GK105925849SQ201610287643
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年5月4日
【發(fā)明人】聶義宏, 吳赟, 白亞冠, 朱懷沈, 趙帥, 王寶忠
【申請人】中國第重型機(jī)械股份公司, 中國第一重型機(jī)械股份公司