高強(qiáng)度高塑性Ni-Cr-Co基渦輪盤葉片材料及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及材料領(lǐng)域，特別設(shè)及一種高強(qiáng)度高塑性Ni-&-C〇基禍輪盤葉片材料 及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)代工業(yè)的蓬勃發(fā)展，節(jié)能和環(huán)保被逐漸提上日程。目前石油系統(tǒng)為了提高經(jīng)濟(jì) 效益和適應(yīng)環(huán)保安全的要求，對催化裂化裝置出來的高溫?zé)煔舛疾捎脽煔馀蛎洐C(jī)發(fā)電系統(tǒng) 進(jìn)行余熱利用。煙氣輪機(jī)（下稱煙機(jī)）是煉油廠等工業(yè)部口余熱發(fā)電的重要裝置，禍輪盤、 葉片更是煙機(jī)的關(guān)鍵部件。
[0003] 煉油廠煉油產(chǎn)生的高溫?zé)煔庵泻械木薮鬅崃?，通常被利用于發(fā)電，煙機(jī)是用于 余熱發(fā)電裝置，由于使用條件非常惡劣，并且高溫條件也會(huì)加速材料的失效破壞。煙氣中含 有大量的S、C等雜質(zhì)元素，在高溫條件下很容易與空氣中的〇2、&0等發(fā)生反應(yīng)，生成S化、 S〇3、&S、C0等有害的氣體產(chǎn)物。高溫條件下，腐蝕性氣體高速流動(dòng)，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(jī)發(fā)生破壞，所造成的財(cái)產(chǎn)和人身損失是 難W估量的，所W對于煙機(jī)材料的選擇應(yīng)十分謹(jǐn)慎，用于煙機(jī)材料的材料，要求具有較高的 強(qiáng)度和一定的初性，同時(shí)具有高的耐熱性和耐蝕性。
[0004] 隨著科技的進(jìn)步，W往用作民用煙氣輪機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)禍輪盤和葉片，已經(jīng)難W滿 足當(dāng)前時(shí)代發(fā)展需要。目前，國內(nèi)煙氣輪機(jī)禍輪盤直徑越做越大，已經(jīng)制備的盤件直徑達(dá) 1250mm，然而，與其相匹配的葉片常常由于強(qiáng)度不高，初塑性不好，而引起葉片斷裂。
[0005] 據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年我國煙氣輪機(jī)禍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(shí)葉片的壽命和可靠性不穩(wěn)定。導(dǎo)致石油化工 行業(yè)煙氣輪機(jī)禍輪盤葉片大量依靠進(jìn)口，國內(nèi)市場占有量微乎其微。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目是提供一種高強(qiáng)度高塑性Ni-化-Co基禍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(qiáng)度高塑性、機(jī)械加工性能良好的要求。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下；
[000引高強(qiáng)度高塑性Ni-&-Co基禍輪盤葉片的材料，其各組分的重量百分比為尤r: 15. 50 ~19. 50% ;Co ;18. 0 ~21. 0% ;Ti ;3. 1 ~3. 4% % ;A1 ;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 % ; 化《2. 0% ;Cu《0. 2% ;雜質(zhì)《0. 015% ;余量為鑲。
[0009] 本發(fā)明所述材料較好的技術(shù)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:l. 3 ~1. 5%，Zr《0. 08, Mn《0. 20， B《0. 009，P《0. 004%;S《0. 004%，Si《1. 0%;化《2. 0%;〇!《0. 2%;雜質(zhì)《0. 015%; 余量為鑲。
[0010] 所述雜質(zhì)為Pb、As、訊、Sn、化、Bio
[0011] 本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種高強(qiáng)度高塑性Ni-&-Co基禍輪盤葉片材料的制 備方法，其有W下步驟：
[0012] 1)按上述的配比配料；
[001引。步驟1)所述的配料，1530~1560°C下真空爐2次精煉，攬拌，細(xì)流中速均勻誘 注12~18秒，得到重烙電極椿；
[0014] 3)步驟2)所述的重烙電極椿經(jīng)真空自耗重烙得到合金錠均勻化熱處理，鍛造成 用于禍輪盤葉片材料的椿材。
[001引步驟。所述2次精煉中的第一次精煉時(shí)間為10~20分鐘，真空度為1~0.1 Pa ; 第二次精煉時(shí)間為10分鐘，真空度0. 1~0. 002Pa。
[0016] 步驟3)所述真空自耗重烙時(shí)充入氮?dú)?，充入氮?dú)鈺r(shí)，真空度《6. 5Pa。
[0017] 步驟3)所述的均勻化熱處理的方法是保溫溫度117(TC，直徑大于200mm的合金 錠，保溫時(shí)間為每1mm保溫時(shí)間為1. 5min ;直徑小于200mm合金錠，保溫時(shí)間為化。
[001引步驟如所述鍛造的始鍛溫度為118(TC，終鍛> 1000°C。
[0019] 步驟3)所得椿材需鍛造加工、精整，鍛造加工時(shí)，椿材隨爐升溫，加工的溫度為 1000 ~118(TC。
[0020] 步驟3)所述椿材規(guī)格為直徑〇 20mm~〇 400mm。
[0021] 本發(fā)明所述材料中各元素的作用：
[0022] Ni是合金基體元素，主要作用是穩(wěn)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(xué)性能的基礎(chǔ)。
[0023] 銘能提高鐵基及鑲基高溫高彈性合金的抗氧化性，隨著Cr含量的增加，材料可獲 得更高的熱穩(wěn)定性，它可在金屬表面形成抗氧化和抗腐蝕的富化2化保護(hù)層，該種保護(hù)層致 密牢固地依附于金屬表面，阻止了 0、N、S等有害元素向材料內(nèi)部的擴(kuò)散，從而顯著提高合 金的抗氧化性和高溫抗腐蝕性。適量的銘可使合金在多種介質(zhì)中具有良好的耐蝕性。適量 的銘還可提高合金在氧化性酸溶液中的耐蝕性，特別是化、Ni配比恰當(dāng)時(shí)，耐蝕性更優(yōu)。為 獲得較好的抗氧化性能，合金中需要加入19%~20%的化。
[0024] Co在室溫下為密排六方結(jié)構(gòu)，加熱到420°C時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫱?、立方奧氏體結(jié)構(gòu)。由于 奧氏體擴(kuò)散系數(shù)小，能固溶大量合金元素，有較高的高溫強(qiáng)度，主要起固溶強(qiáng)化作用，可 W降低Ti和A1在基體中的溶解度，因而增加強(qiáng)化相的數(shù)量；Co還可W提高丫 '相的固溶 溫度；減少碳化物在晶界上的析出，W減少晶界貧銘區(qū)的寬度；改善鑲基高溫合金的熱加 工性能，塑形和沖擊初性也起重要作用，抗熱腐蝕能力比鑲好。在高溫合金中鉆的抗氧化性 能較差，因此Co綜合考慮設(shè)計(jì)控制范圍為17. 0~18. 0%。
[002引 A1在合金表面生成致密的不揮發(fā)的Al203氧化膜，A1 203膜比化203膜具有更好的 抗氧化能力和更低的氧化速率，可克服合金表層的化2化膜在1200 °CW上長期工作時(shí)易被 氧化成揮發(fā)性的化03而受到破壞的弱點(diǎn)，使合金具有更好的高溫抗氧化能力，可用于更高 的溫度，能有效抑制高溫狀態(tài)下本體與其接觸的異物間的分子運(yùn)動(dòng)。加入適量的A1，能減少 合金內(nèi)氧化和形成致密的外氧化保護(hù)膜。本項(xiàng)目控制A1的含量為1. 3%~1. 5%。
[