一种钴基高温合金的热加工方法

摘要

一种钴基高温合金的热加工方法，属于金属压延加工技术领域。具体步骤包括将化学成分质量百分比为C：0.05％～0.15％，Cr：19.0％～21.0％，Ni：9.0％～11.0％，Mn：1.0％～2.0％，W：14.0％～16.0％，Fe：≤3％，Mo：0.1％～1.0％，Si：≤0.40％，S:≤0.0030％等组成的原料合金冶炼浇注成锭，保温后合金锭锻压加工成坯；降至1000℃后进行回炉再加热；再加热温度为1210℃～1280℃，保温时间15～60分钟；成型后空冷或水冷完成。优点在于，在简化工艺程序的同时，避免了传统均匀化处理后大量碳化物析出造成的危害，并有效提高钴基高温合金的热加工成型性和成材率。

权利要求

1.一种钴基高温合金的热加工方法，其特征在于，具体步骤及参数如下：

1)合金冶炼浇注成锭：原料按下述组成进行配料，质量百分比的化学成分组成为C：

0.05％～0.15％，Cr：19.0％～21.0％，Ni：9.0％～11.0％，Mn：1.0％～2.0％，W：14.0％～

16.0％，Fe：≤3％，Mo：0.1％～1.0％，Si：≤0.40％，P：≤0.04％，S:≤0.0030％，其余为Co和不可避免的杂质；按传统制备方法将原料投入感应熔炼炉进行熔炼，浇注电极，在电渣炉进行二次熔炼得到合金锭；

2)将合金锭装入炉温≤300℃的加热炉中并以50℃/小时～150℃/小时的速度加热升温到1210℃～1280℃后保温4～8小时；

3)保温后合金锭出炉采用液压设备进行锻压加工，合金锭出炉转移时间≤1分钟,单火次锻压变形量为15％～50％，终加工温度＞1000℃；

4)加工温度降至1000℃后，将合金坯进行回炉再加热；再加热温度为1210℃～1280℃，保温时间15～60分钟；

5)锻压成型后空冷或水冷至室温。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中所述的原料质量百分比的化学成分组成中S≤0.0015％。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)中所述的合金锭加热升温到1230℃～1270℃。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)中所述的单火次锻压变形量为20％～40％。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4)中所述合金坯再加热温度为1230℃～1270℃，保温时间15～40分钟。

说明书

一种钴基高温合金的热加工方法

技术领域

[0001] 本发明属于金属压延加工技术领域，特别涉及一种钴基高温合金的热加工方法。尤其涉及一种提高钴基高温合金成形性及均匀性的热加工方法。

背景技术

[0002] CoNiCrW钴基高温合金是以20％Cr和15％W固溶强化的钴基高温合金，具有较优异的抗热腐蚀性，在815℃以下具有中等的持久和蠕变强度，良好的耐磨特性及具有满意的成
型、焊接等工艺性能等综合性能，成为了目前国内外航空航天等领域应用最广泛的钴基变
形高温合金之一。但在生产中常常出现合金热加工成型差、废品率高的问题。

[0003] 目前CoNiCrW钴基高温合金常规热加工的加热温度为1170℃～1200℃，加热时间一般为1小时～2小时，终加工温度一般为980℃。在上述温度加热后，钢锭从炉中转移至热
加工设备，温降一般30℃～50℃，实际的热加工温度窗口已较窄，由于钴基合金层错能低，
加工硬化迅速，加工抗力较大，不但对热加工设备能力要求高，而且操作稍有不慎，极易造
成热加工裂纹，严重者导致产品报废。另外，该类合金常常采用在热加工前采用单独的均匀
化热处理工序消除或减小成分偏析的危害，但该合金较大锭型在均匀化热处理后较缓慢的
冷却过程中不可避免地产生碳化物大量析出，反而恶化了合金的加工特性和性能。因此有
必要寻求更加经济高效的热加工方法。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种钴基高温合金的热加工方法，解决了目前技术钴基高温合金均匀化处理后大量碳化物析出所造成危害的问题。有效实现大幅度提高生产效率，
并节约工时和成本。

[0005] 一种钴基高温合金的热加工方法，具体步骤及参数如下：

[0006] 1、合金冶炼浇注成锭：原料按下述组成进行配料，质量百分比的化学成分组成为C：0.05％～0.15％，Cr：19.0％～21.0％，Ni：9.0％～11.0％，Mn：1.0％～2.0％，W：14.0％
～16.0％，Fe：≤3％，Mo：0.1％～1.0％，Si：≤0.40％，P：≤0.04％，S:≤0.0030％，其余为
Co和不可避免的杂质；按传统制备方法将原料投入感应熔炼炉进行熔炼，浇注电极，在电渣
炉进行二次熔炼得到合金锭；

[0007] 2、将合金锭装入炉温≤300℃的加热炉中并以50℃/小时～150℃/小时的速度加热升温到1210℃～1280℃后保温4～8小时；

[0008] 3、保温后合金锭出炉采用液压设备进行锻压加工，合金锭出炉转移时间≤1分钟,单火次锻压变形量为15％～50％，终加工温度＞1000℃；

[0009] 4、加工温度降至1000℃后，将合金坯进行回炉再加热；再加热温度为1210℃～1280℃，保温时间15～60分钟；

[0010] 5、锻压成型后空冷或水冷至室温。

[0011] 步骤1中所述的原料质量百分比的化学成分组成中S≤0.0015％；

[0012] 步骤2中所述的合金锭加热升温到1230℃～1270℃；

[0013] 步骤3中所述的单火次锻压变形量为20％～40％；

[0014] 步骤4中所述的合金坯再加热温度为1230℃～1270℃，保温时间15～40分钟。

[0015] 本发明的技术原理：

[0016] 高温合金的特点之一是合金化元素高，合金熔点较低，热加工成型的难点是热加工温度窗口窄，因此，若能提高合金热加工的上限温度，将为合金热加工成型带来很大的益
处。合金的过烧温度往往取决于合金中低熔点元素及低熔点相，其中S元素是影响合金热加
工成型性的关键元素之一，无论其单独存在还是以硫化物形式存在，均为低熔点相，研究及
实践证实，合金中S含量高于30ppm，显著影响合金的热加工成型性，本发明将S含量控制在
15ppm以下，为提高合金热加工温度上限及合金热加工成型性奠定基础。

[0017] 在严格控制了合金低熔点元素后，便可以将合金热加工温度从原来的1170℃～1200℃提高到1210℃～1280℃，提高了热加工转运及加工时的温度补偿，进一步降低了合
金的变形抗力，充分发挥合金高温塑性；另外，通过试验研究得出，本发明涉及合金在温度
1210℃～1280℃，保温4～8小时，铸态枝晶已完全消失，合金成分偏析已有很大程度的消
除，碳化物等析出物回溶较为完全，能够达到均匀化的目的。成分组织的进一步均匀化，提
高了合金的成型性。从而使合金的热加工更加容易。

[0018] 该类合金传统的均匀化热处理一般为在单独的热处理炉中进行数十小时的长时间热处理，而且对于钴基高温合金，往往在均匀化处理后的冷却过程中由于钢锭无法实现
快冷，造成大量碳化物析出，危害合金的可加工性。本发明将传统的单独均匀化热处理归并
到了热加工阶段的热处理，在热加工时，在加热温度1210℃～1280℃保温4～8小时，能够实
现成分均匀化的目的，随即进行热加工，避免了传统均匀化处理后大量碳化物析出造成的
危害，也大幅度提高了效率，节约了工时和成本。

[0019] 本发明的优点在于：

[0020] 1、在传统的工业化加工设备及加工方法基础上进一步优化工艺，提高了钴基高温合金的热加工成型性，有效提高成材率。

[0021] 2、将传统的单独均匀化热处理归并到热加工阶段的热处理，省去钴基高温合金单独均匀化热处理工序，避免了传统均匀化处理后大量碳化物析出造成的危害，大幅提高生
产效率，节约工时和成本。

具体实施方式

[0022] 一种钴基高温合金的热加工方法，原料包括C、Cr、Ni、Mn、W、Fe、Mo、Si、P、S、余量为Co和不可避免的杂质，实施例中钴基高温合金各元素成分质量百分比见表1、锻压成型情况
见表2。实施例及对比例均采用感应熔炼+电渣重熔成200kg锭，并经10MN液压快锻机进行锻
压加工成70mm×200mm规格合金坯。

[0023] 上述钴基高温合金的热加工方法为：

[0024] 表1实施例1～8和比较例钴基高温合金1～4的实测化学成分(wt％)

[0025]

[0026]

[0027] 实施例1

[0028] 按发明内容方法制备钴基高温合金。200kg锭不进行过单独的均匀化处理，热加工加热温度1210±10℃，加热时间8h，单火次变形量控制在15％，终加工温度1000℃，回炉再
加热时间15分钟，锻压加工成型，存在较轻微开裂。

[0029] 实施例2

[0030] 按照本发明方法制备钴基高温合金。200kg锭不进行过单独的均匀化处理，热加工加热温度1240±10℃，加热时间7h，单火次变形量控制在20％，终加工温度1000℃，回炉再
加热时间10分钟，锻压加工成型，存在较轻微开裂。

[0031] 实施例3

[0032] 按照本发明方法制备钴基高温合金。200kg锭不进行过单独的均匀化处理，热加工加热温度1220±10℃，加热时间6h，单火次变形量控制在20％，终加工温度1000℃，回炉再
加热时间20分钟，锻压加工成型，存在较轻微开裂。

[0033] 实施例4

[0034] 按照本发明方法制备钴基高温合金。200kg锭不进行过单独的均匀化处理，热加工加热温度1250±10℃，加热时间6h，单火次变形量控制在30％，终加工温度1000℃，回炉再
加热时间15分钟，锻压加工成型，无开裂。

[0035] 实施例5

[0036] 按照本发明方法制备钴基高温合金。200kg锭不进行过单独的均匀化处理，热加工加热温度1230±10℃，加热时间5h，单火次变形量控制在30％，终加工温度1000℃，回炉再
加热时间30分钟，锻压加工成型，无开裂。

[0037] 实施例6

[0038] 按照本发明方法制备钴基高温合金。200kg锭不进行过单独的均匀化处理，热加工加热温度1280，加热时间4h，单火次变形量控制在40％，终加工温度1000℃，回炉再加热时
间15分钟，锻压加工成型，无开裂。

[0039] 实施例7

[0040] 按照本发明方法制备钴基高温合金。200kg锭不进行过单独的均匀化处理，热加工加热温度1270±10℃，加热时间5h，单火次变形量控制在50％，终加工温度1000℃，回炉再
加热时间40分钟，锻压加工成型，存在较轻微开裂。

[0041] 实施例8

[0042] 按照本发明方法制备钴基高温合金。200kg锭不进行过单独的均匀化处理，热加工加热温度1260±10℃，加热时间6h，单火次变形量控制在30％，终加工温度1000℃，回炉再
加热时间60分钟，锻压加工成型，无开裂。

[0043] 对比例1

[0044] 按照传统制备方法制备钴基高温合金。200kg锭进行1180±10℃/20h，空冷均匀化处理，均匀化处理后进行热加工，加热温度1180±10℃，加热时间2h，单火次变形量控制在
20％，终加工温度980℃，回炉再加热时间20分钟，锻压加工开裂严重，未能成型。

[0045] 对比例2

[0046] 按照传统制备方法制备钴基高温合金。200kg锭进行1180±10℃/20h，空冷均匀化处理，均匀化处理后进行热加工，加热温度1200±10℃，加热时间1h，单火次变形量控制在
40％，终加工温度980℃，回炉再加热时间20分钟，锻压加工开裂严重，未能成型。

[0047] 对比例3

[0048] 按照传统制备方法制备钴基高温合金。200kg锭进行1180±10℃/20h，空冷均匀化处理，均匀化处理后进行热加工，加热温度1200±10℃，加热时间2h，单火次变形量控制在
30％，终加工温度980℃，回炉再加热时间40分钟，锻压加工虽然成型，但开裂较严重。

[0049] 对比例4

[0050] 按照传统制备方法制备钴基高温合金。200kg锭进行1180±10℃/20h，空冷均匀化处理，均匀化处理后进行热加工，加热温度1200±10℃，加热时间2h，单火次变形量控制在
30％，终加工温度980℃，回炉再加热时间40分钟，锻压加工虽然成型，但开裂较严重。

[0051] 表2钴基高温合金锻压成型试验情况

[0052]