[發明專利]高強度高塑性Ni?Cr?Co基渦輪盤葉片材料及制備方法

有效

• 申請號: 201510063286.2
• 申請日: 2015-02-06
• 公開（公告）號: CN104630565B
• 公開（公告）日: 2017-05-17
• 發明（設計）人: 張十慶;雷玖芳;聶尊譽;易出山;李方;王宏;鄒興政;劉洋;胡詳松
• 申請（專利權）人: 重慶材料研究院有限公司
• 主分類號: C22C19/05
• 分類號: C22C19/05
• 代理公司: 重慶志合專利事務所50210
• 代理人: 胡榮琿

技術領域

本發明涉及材料領域，特別涉及一種高強度高塑性Ni-Cr-Co基渦輪盤葉片材料及制備方法。

背景技術

現代工業的蓬勃發展，節能和環保被逐漸提上日程。目前石油系統為了提高經濟效益和適應環保安全的要求，對催化裂化裝置出來的高溫煙氣都采用煙氣膨脹機發電系統進行余熱利用。煙氣輪機(下稱煙機)是煉油廠等工業部門余熱發電的重要裝置，渦輪盤、葉片更是煙機的關鍵部件。

煉油廠煉油產生的高溫煙氣中含有的巨大熱量，通常被利用于發電，煙機是用于余熱發電裝置，由于使用條件非常惡劣，并且高溫條件也會加速材料的失效破壞。煙氣中含有大量的S、C等雜質元素，在高溫條件下很容易與空氣中的O₂、H₂O等發生反應，生成SO₂、SO₃、H₂S、CO等有害的氣體產物。高溫條件下，腐蝕性氣體高速流動，容易引起材料的氧化、硫化和熱腐蝕，從而降低材料的使用壽命。一旦煙機發生破壞，所造成的財產和人身損失是難以估量的，所以對于煙機材料的選擇應十分謹慎，用于煙機材料的材料，要求具有較高的強度和一定的韌性，同時具有高的耐熱性和耐蝕性。

隨著科技的進步，以往用作民用煙氣輪機和燃氣輪機渦輪盤和葉片，已經難以滿足當前時代發展需要。目前，國內煙氣輪機渦輪盤直徑越做越大，已經制備的盤件直徑達1250mm，然而，與其相匹配的葉片常常由于強度不高，韌塑性不好，而引起葉片斷裂。

據統計，每年我國煙氣輪機渦輪盤及葉片材料及元件每年需求量在2000～3000噸，而我國目前的成材率僅僅為20％不到，同時葉片的壽命和可靠性不穩定。導致石油化工行業煙氣輪機渦輪盤葉片大量依靠進口，國內市場占有量微乎其微。

發明內容

本發明的目是提供一種高強度高塑性Ni-Cr-Co基渦輪盤葉片材料及制備方法，所述材料具有良好的高溫性能，能滿足室溫高強度高塑性、機械加工性能良好的要求。

本發明的技術方案如下：

高強度高塑性Ni-Cr-Co基渦輪盤葉片的材料，其各組分的重量百分比為：Cr：15.50～19.50％；Co：18.0～21.0％；Ti：3.1～3.4％；Al：1.3～2.0％；Zr≤0.15；B≤0.02％；Mn≤1.0％；C：0.05～0.07％；P≤0.004％；S≤0.004％，Si≤1.0％；Fe≤2.0％；Cu≤0.2％；雜質≤0.015％；余量為鎳。

本發明所述材料較好的技術方案是，各組分的重量百分比為：C：0.05～0.07％，Co:19～21％，Cr:16～18％，Ti:3.1～3.4％，Al:1.3～1.5％，Zr≤0.08，Mn≤0.20，B≤0.009，P≤0.004％；S≤0.004％，Si≤1.0％；Fe≤2.0％；Cu≤0.2％；雜質≤0.015％；余量為鎳。

所述雜質為Pb、As、Sb、Sn、Zn、Bi。

本發明的另一個目的是提供一種高強度高塑性Ni-Cr-Co基渦輪盤葉片材料的制備方法，其有以下步驟：

1)按上述的配比配料；

2)步驟1)所述的配料，1530～1560℃下真空爐2次精煉，攪拌，細流中速均勻澆注12～18秒，得到重熔電極棒；

3)步驟2)所述的重熔電極棒經真空自耗重熔得到合金錠均勻化熱處理，鍛造成用于渦輪盤葉片材料的棒材。

步驟2)所述2次精煉中的第一次精煉時間為10～20分鐘，真空度為1～0.1Pa；第二次精煉時間為10分鐘，真空度0.1～0.002Pa。

步驟3)所述真空自耗重熔時充入氦氣，充入氦氣時，真空度≤6.5Pa。

步驟3)所述的均勻化熱處理的方法是保溫溫度1170℃，直徑大于200mm的合金錠，保溫時間為每1mm保溫時間為1.5min；直徑小于200mm合金錠，保溫時間為5h。

步驟3)所述鍛造的始鍛溫度為1180℃，終鍛≥1000℃。

步驟3)所得棒材需鍛造加工、精整，鍛造加工時，棒材隨爐升溫，加工的溫度為1000～1180℃。

步驟3)所述棒材規格為直徑Φ20mm～Φ400mm。

本發明所述材料中各元素的作用：

Ni是合金基體元素，主要作用是穩定奧氏體組織，保證合金的加工性能，也是保證良好高溫力學性能的基礎。