[發明專利]Ni基鍛造合金材料的制造方法

有效

• 申請號: 202110434186.1
• 申請日: 2017-11-17
• 公開（公告）號: CN113106299B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 芝山隆史;今野晉也
• 申請（專利權）人: 三菱重工業株式會社
• 主分類號: C22C19/05
• 分類號: C22C19/05;C22C30/00;C22F1/10
• 代理公司: 北京銀龍知識產權代理有限公司 11243
• 代理人: 陳彥;胡玉美

本發明為一種Ni基鍛造合金材料的制造方法，該Ni基鍛造合金材料具有在700℃的溫度時在γ相的母相中析出50體積％以上70體積％以下的γ’相的化學組成，γ’相包含在γ相的晶粒中析出的時效析出γ’相粒和在γ相的晶粒之間析出且Ni和Al的含有率高于時效析出γ’相粒的共晶反應γ’相粒，該制造方法具有：熔解/鑄造工序，將原料熔解、鑄造，形成合金鑄錠；準均質化熱處理工序，對合金鑄錠實施均熱處理，準備準均質化合金鑄錠；鍛造加工工序，對準均質化合金鑄錠實施鍛造加工，形成鍛造加工成形材；溶體化/結晶粗大化熱處理工序，將鍛造加工成形材加熱，準備再結晶粗大化材；以及時效熱處理工序，使時效析出γ’相粒在γ相中析出。

本發明是申請號為2017800503252、申請日為2017年11月17日、發明名稱為“Ni基鍛造合金材料以及使用其的渦輪高溫部件”的發明申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及Ni(鎳)基鍛造合金的技術，尤其是涉及高溫時的機械特性優異的Ni基鍛造合金材料的制造方法。

背景技術

對于飛機、火力發電廠的渦輪(燃氣渦輪、蒸汽渦輪)，以提高熱效率為目的的主流體溫度的高溫化成為一個技術趨勢，提高渦輪部件的高溫機械特性是重要的技術課題。暴露于最為嚴酷環境下的渦輪高溫部件(例如，渦輪葉片(動葉片、固定葉片)、渦輪盤、燃燒器部件、鍋爐部件)由于反復受到運行中的旋轉離心力、振動、伴隨起動/停止的熱應力，從而提高機械特性(例如，蠕變特性、拉伸特性、疲勞特性)尤為重要。

為了滿足所要求的各種機械特性，作為渦輪高溫部件的材料，廣泛使用析出強化Ni基合金材料。尤其是在高溫特性變得重要的情況下，使用提高了在成為母相的γ(Gamma)相中析出的γ’(Gamma Prime)相(例如Ni₃(Al,Ti,Ta)相)的比率的強析出強化Ni基合金材料(例如，析出30體積％以上的γ’相的Ni基合金材料)。

為了實現渦輪的高效率化，不僅上述主流體溫度的高溫化是有效的，通過渦輪葉片(動葉片、固定葉片)的長尺化來擴大渦輪環帶面積、通過渦輪葉片的薄壁化來降低主流體的流動損失也是有效的。而且，為了應對渦輪葉片的長尺化、薄壁化，對渦輪葉片的材料要求相比于以往更高的拉伸特性以及疲勞特性。

對于渦輪葉片，一直以來蠕變特性受到重視，因此為了滿足該蠕變特性的要求，多采用通過精密鑄造法(特別是單向凝固法、單晶凝固法)所制造的Ni基鑄造合金材料。這是因為橫穿應力方向的晶界少時對于蠕變特性而言是有利的。

另一方面，對于渦輪盤、燃燒器部件，相比于蠕變特性，更多地重視拉伸特性、疲勞特性，因而經常使用由熱鍛法制造的Ni基鍛造合金材料。這是因為晶體粒徑小(晶界密度高)時對于拉伸特性、疲勞特性而言是有利的。

這里，在考慮到應對渦輪葉片的長尺化、薄壁化時，由于單向凝固、單晶生長中的長尺化、薄壁化在制造技術方面的障礙非常高，因此擔心由單向凝固材、單晶凝固材構成的渦輪葉片的制造成品率大幅下降(即制造成本大幅增加)。換言之，以鍛造合金材料為基礎，開發滿足渦輪葉片所要求的高溫特性(例如，蠕變特性)的材料，從制造成本的觀點出發被認為是有利的。

如上所述，析出強化Ni基合金材料中，為了提高高溫特性，一般提高γ’相的體積率。但是，如果要提高鍛造合金材料中γ’相的體積率，則會有加工性、成形性惡化而制造成品率易于下降(制造成本易于增加)的缺點。因此，在研究Ni基鍛造合金材料的特性提高的同時，也進行了各種穩定制造該Ni基鍛造合金材料的技術研究。