一种宽幅合金板材的制备方法与流程

1.本发明属于合金制备技术领域，尤其涉及一种宽幅合金板材的制备方法。


背景技术：

2.inconel625合金是以mo、nb等为主要合金化元素的ni基合金mo、nb等元素在合金中以固溶为主要强化方式，该合金具有优异的综合力学性能。被广泛应用于航空、航天以及石油化工等多个领域。
3.inconel625合金由于其在热加工过程中变形抗力较大，晶粒度一致性控制难度加大，容易出现粗晶、混晶的现象。现有技术，通过控制板材的宽度，降低板材轧制过程中工艺控制难度，从而提高板材的晶粒度一致性，但因板材宽度较小，轧制时沿长度方向变形量较大，因此板材的力学性长度方向优于宽度方向。
4.现有传统板材轧制工艺，对板材晶粒尺寸均匀性的控制明显不足。为了保证板材晶粒尺寸的均匀性，现有板材制备时，板材的板幅均控制在800mm以下，板幅尺寸较小，也直接影响了现有板材的应用，许多零件的设计也受困于板幅较小，不能整体成型。


技术实现要素：

5.为克服现有技术中的问题，本发明的目的是提供一种宽幅合金板材的制备方法，该方法占比的板材宽度达到1200mm以上。
6.为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
7.一种宽幅合金板材的制备方法，包括以下步骤：
8.将高温合金板坯在1130℃～1150℃下进行一火轧制后进行分料，然后在1130℃～1150℃下进行二火轧制后进行分料，然后在1050℃～1080℃进行三火轧制，最后进行固溶校平处理；其中，一火轧制的总变形量为45％～55％，二火轧制的总变形量为45％～55％；三火轧制的总变形量为60％～80％。
9.进一步的，高温合金板坯按质量百分数计，包括c≤0.10％，cr 20.00～23.00％，mo 8.00～10.0％，al≤0.40％，ti≤0.40％，fe≤5.00％，co3.15～4.15％，mn≤0.50％，si≤0.50％，p≤0.015％，s≤0.015％，余量为ni。
10.进一步的，高温合金板坯25℃下，抗拉强度≥827mpa，屈服强度≥414mpa，延伸率≥30％；
11.高温合金板坯500℃下，抗拉强度≥693mpa，屈服强度≥262mpa；
12.高温合金板坯750℃下，抗拉强度≥463mpa，屈服强度≥241mpa。
13.进一步的，步骤2)中，一火轧制道次为7～9道次；每道次变形量为5％～8％。
14.进一步的，二火轧制道次为4～6道次；每道次变形量为7％～14％。
15.进一步的，三火的轧制道次为5～8道次；每道次变形量为7％～16％。
16.进一步的，固溶校平处理的温度900～1000℃。
17.进一步的，该宽幅合金板材宽度为1200mm以上。
18.与现有技术相比，本发明具有的有益效果：
19.本发明采用多火次，多道次成型的方式，先采用小变形量开坯，减小变形抗力，减小对设备的要求，开坯完成后大变形量换向轧制，提高板材组织各项一致性，保证板材的组织均匀性及性能均匀性。在轧制过程中，板材心部散热慢，温度偏高，因此晶粒更容易全部完成再结晶并有一定长大，表面散热快，受温度偏低的影响，晶粒完成再结晶长大需要的能量不足，晶粒组织较细。因此当终轧温度较低时，容易导致板材表面和心部的晶粒度差异。高温合金板坯由于其在热加工过程中变形抗力较大，在组织控制上难度更大，与现有工艺相比，本发明采用多火次轧制的工艺，降低每火次的轧制变形量，缩小轧制时间，提高终轧温度，板材心部与表面的晶粒度差异。同时，在多火次轧制时，反复的加热可以使板材组织在加热过程中充分的回复、再结晶，使得材料组织更加均匀。轧制后，由于轧制变形使得高温合金板坯有较大的变形存储能，通过固溶处理后，能够使材料充分发生回复、再结晶，固溶处理后材料的晶粒尺寸更加均匀。同时，固溶处理后对板材校平后，提高板材的整体平面度，也可以获得幅面更宽的板材。
附图说明
20.图1为实施例1的板坯显微组织图。
21.图2为实施例2的板坯显微组织图。
22.图3为实施例3的板坯显微组织图。
具体实施方式
23.下面结合附图对本发明进行详细说明。
24.轧制工艺影响着inconel625板材的晶粒度、各项力学性能等，本发明采用一种轧制工艺，使得板材整体晶粒度达到6级以上，板材具有优异的室温力学性能和高温力学性能，板材的力学性能符合表1的要求。同时，板材宽度达到1200mm以上，可以作为制备大型整体零件的宽幅高温合金板材。
25.本发明中的长度、宽度与厚度单位为mm。
26.表1 高温合金板坯力学性能
[0027][0028]
本发明制备的板材的化学成分见表2。
[0029]
表2 高温合金板坯化学成分
[0030][0031]
一种宽幅合金板材的制备方法，包括以下步骤：
[0032]
1)inconel625高温合金板坯的力学性能测试应满足表1的要求，进行超声波探伤，内部无缺陷。
[0033]
2)一火轧制：
[0034]
加热：将高温合金板坯升温至1130℃～1150℃保温时间按照高温合金板坯厚度0.4mm/min～0.7mm/min计算；(板坯开轧厚度较厚，变形抗力较大，需较大轧制力，一火开坯轧制选择多道次小变形量轧制。)具体的，保温时间t＝h*(0.4mm/min～0.7mm/min)。h为高温合金板坯厚度。比如，厚度为2.8mm，则保温时间为4-7min。
[0035]
其中，轧制道次：7～9道次；
[0036]
总变形量：45％～55％；
[0037]
道次变形量：5％～8％。
[0038]
1)分料：将一火轧制后的板材倍尺分料；
[0039]
2)二火轧制：
[0040]
加热：升温至1130℃～1150℃保温时间按照板材厚度0.4mm/min～0.7mm/min计算。
[0041]
二火轧制坯料厚度减小，变形抗力逐渐减小，为细化晶粒，采用少道次大变形量进行轧制。
[0042]
其中，轧制道次：4～6道次；
[0043]
总变形量：45％～55％，换向轧制；
[0044]
道次变形量：7％～14％。
[0045]
3)分料：板材倍尺分料(板材长度方向分料尺寸为成品板材宽度尺寸)
[0046]
4)三火轧制：
[0047]
加热：升温至1050℃～1080℃保温时间按照板材厚度0.6mm/min～0.9mm/min计算。
[0048]
三火轧制为防止在加热过程中晶粒长大，降低轧制加热温度，同时防止温度降低轧制过程开裂，减少轧制道次，增加道次变形量，同时换向轧制，提高板材力学性能的各项一致性。
[0049]
其中，轧制道次：5～8道次；
[0050]
总变形量：60％～80％，换向轧制；
[0051]
道次变形量：7％～16％。
[0052]
7)板材固溶校平处理：固溶温度900～1000℃，保温时间按照2mm/min～2.5mm/min计算；
[0053]
8)板材磨削抛光加工；
[0054]
9)板材加工定尺分料；
[0055]
10)板材取样进行力学性能及晶粒度测试。本发明制备的宽幅inconel625合金板材组织均匀、力学性能一致性好。
[0056]
实施例1
[0057]
一种宽幅合金板材的制备方法，包括以下步骤：
[0058]
1)板坯的力学性能测试应满足表1的要求，进行超声波探伤，内部无缺陷。
[0059]
2)一火轧制：
[0060]
加热：升温至1150℃保温时间为60min。
[0061]
变形：变形：总变形量为50％；
[0062]
变形道次：7道次
[0063]
道次变形量：8％
→
8％
→
8％
→
7％
→
7％
→
6％
→
6％
[0064]
3)分料：3)分料：
[0065]
4)二火轧制：
[0066]
加热：升温至1150℃保温时间为30min。
[0067]
变形：变形：总变形量51％；
[0068]
变形道次：4道次
[0069]
道次变形量：13％
→
13％
→
13％
→
12％
[0070]
5)分料：
[0071]
6)三火轧制：
[0072]
加热：1080℃保温时间为18min。
[0073]
变形：变形：总变形量73％；
[0074]
变形道次：5道次
[0075]
道次变形量：15％
→
15％
→
15％
→
14％
→
14％
[0076]
7)板材固溶校平处理：固溶温度：960℃，保温时间为15min；
[0077]
8)板材磨削抛光至
[0078]
9)板材加工定尺分料
[0079]
10)板材取样进行力学性能测试，测试结果参见表3，从表3可以看出，板材的性能一致性较高，相较于ams5599中板材的室温抗拉强度要求的827mpa，有近100mpa的富裕量。晶粒度测试结果参见图1。从图1中可以看出板材的晶粒细小且均匀，平均晶粒度可以达到7级以上。
[0080]
表3 实施例1力学性能测试结果
[0081][0082]
实施例2
[0083]
一种宽幅合金板材的制备方法，包括以下步骤：
[0084]
1)板坯的力学性能测试应满足表1的要求，进行超声波探伤，内部无缺陷。
[0085]
2)一火轧制：
[0086]
加热：升温至1130℃保温时间为60min。
[0087]
变形：总变形量为50％；
[0088]
变形道次：9道次；
[0089]
道次变形量：7％
→
7％
→
6％
→
5％
→
5％
→
5％
→
5％
→
5％
→
5％；
[0090]
3)分料：
[0091]
4)二火轧制：
[0092]
加热：升温至1130℃保温时间为30min。
[0093]
变形：总变形量为51％；
[0094]
变形道次：6道次；
[0095]
道次变形量：10％
→
9％
→
9％
→
8％
→
8％
→
7％；
[0096]
5)分料：
[0097]
6)三火轧制：
[0098]
加热：1050℃保温时间为18min。
[0099]
变形：总变形量为72％；
[0100]
变形道次：6道次
[0101]
道次变形量：18％
→
15％
→
13％
→
12％
→
12％
→
12％；
[0102]
7)板材固溶校平处理：固溶温度：980℃，保温时间为15min；
[0103]
8)板材磨削抛光至
[0104]
9)板材加工定尺分料
[0105]
10)板材取样进行力学性能测试，测试结果参见表4，从表4可以看出提高固溶温度后，板材的强度有所下降，塑性明显提高。晶粒度测试结果参见图2。从图2中可以看出板材的晶粒细小且均匀，平均晶粒度可以达到6级。
[0106]
表4 实施例2力学性能测试结果
[0107][0108][0109]
实施例3
[0110]
一种宽幅合金板材的制备方法，包括以下步骤：
[0111]
1)板坯的力学性能测试应满足表1的要求，进行超声波探伤，内部无缺陷。
[0112]
2)一火轧制：
[0113]
加热：升温至1150℃保温时间为80min。
[0114]
变形：总变形量50％；
[0115]
变形道次：9道次
[0116]
道次变形量：7％
→
7％
→
6％
→
5％
→
5％
→
5％
→
5％
→
5％
→
5％
[0117]
3)分料：
[0118]
4)二火轧制：
[0119]
加热：升温至1130℃保温时间为40min。
[0120]
变形：变形：总变形量为51％；
[0121]
变形道次：6道次
[0122]
道次变形量：10％
→
9％
→
9％
→
8％
→
8％
→
7％
[0123]
5)分料：
[0124]
6)三火轧制：
[0125]
加热：1050℃保温时间为20min。
[0126]
变形：
总变形量为60％；
[0127]
变形道次：7道次
[0128]
道次变形量：18％
→
15％
→
13％
→
12％
→
12％
[0129]
7)板材固溶校平处理：固溶温度：980℃，保温时间为18min；
[0130]
8)板材磨削抛光至
[0131]
9)板材加工定尺分料
[0132]
10)板材取样进行力学性能测试，测试结果参见表5，从表5可以看出板材厚度增加后，提高固溶温度后，板材的强度有所下降。晶粒度测试结果参见图3，从图3中可以看出板材的晶粒细小且均匀，平均晶粒度可以达到6级。
[0133]
表5 实施例3力学性能测试结果
[0134][0135]
实施例4
[0136]
一种宽幅合金板材的制备方法，包括以下步骤：
[0137]
1)板坯的力学性能测试应满足表1的要求，进行超声波探伤，内部无缺陷。
[0138]
2)一火轧制：
[0139]
加热：升温至1140℃保温时间为70min。
[0140]
变形：总变形量45％；
[0141]
变形道次：7道次；
[0142]
道次变形量：8％
→
8％
→
8％
→
7％
→
7％
→
6％
→
6％；
[0143]
3)分料：
[0144]
4)二火轧制：
[0145]
加热：升温至1130℃保温时间为30min。
[0146]
变形：变形：总变形量45％；
[0147]
变形道次：4道次；
[0148]
道次变形量：13％
→
13％
→
13％
→
12％
[0149]
5)分料：
[0150]
6)三火轧制：
[0151]
加热：1070℃保温时间为18min。
[0152]
变形：总变形量73％；
[0153]
变形道次：5道次；
[0154]
道次变形量：15％
→
15％
→
15％
→
14％
→
14％；
[0155]
7)板材固溶校平处理：固溶温度：960℃，保温时间为15min；
[0156]
8)板材磨削抛光至
[0157]
9)板材加工定尺分料
[0158]
实施例5
[0159]
一种宽幅合金板材的制备方法，包括以下步骤：
[0160]
1)板坯的力学性能测试应满足表1的要求，进行超声波探伤，内部无缺陷。
[0161]
2)一火轧制：
[0162]
加热：升温至1130℃保温时间60min。
[0163]
变形：总变形量55％；
[0164]
变形道次：8道次；
[0165]
道次变形量：8％
→
8％
→
8％
→
7％
→
7％
→
6％
→
6％；
[0166]
3)分料：
[0167]
4)二火轧制：
[0168]
加热：升温至1140℃保温时间35min。
[0169]
变形：变形：总变形量55％；
[0170]
变形道次：5道次
[0171]
道次变形量：13％
→
13％
→
13％
→
12％
[0172]
5)分料：
[0173]
6)三火轧制：
[0174]
加热：1060℃保温时间19min。
[0175]
变形：总变形量73％；
[0176]
变形道次：8道次；
[0177]
道次变形量：15％
→
15％
→
15％
→
14％
→
14％；
[0178]
7)板材固溶校平处理：固溶温度：960℃，保温时间15min；
[0179]
8)板材磨削抛光至
[0180]
9)板材加工定尺分料
[0181]
金属或者合金在高温变形的过程中会发生动态回复、动态再结晶以及晶粒长大现
象。其中轧制变形过程是高温合金奥氏体晶粒组织实现细化的有效途径。在轧制过程中，板材心部散热慢，温度偏高，因此晶粒更容易全部完成再结晶并有一定长大，表面散热快，受温度偏低的影响，晶粒完成再结晶长大需要的能量不足，晶粒组织较细。因此当终轧温度较低时，容易导致板材表面和心部的晶粒度差异。inconel625合金由于其在热加工过程中变形抗力较大，在组织控制上难度更大，所以采用多火次轧制的工艺，降低每火次的轧制变形量，缩小轧制时间，提高终轧温度，板材心部与表面的晶粒度差异。同时，在多火次轧制时，反复的加热可以使板材组织在加热过程中充分的回复、再结晶，使得材料组织更加均匀。板材轧制完成，由于轧制变形使得材料有较大的变形存储能，通过固溶处理后，能够使材料充分发生回复、再结晶，固溶处理后材料的晶粒尺寸更加均匀。同时，固溶处理后在线对板材校平后，板材的整体平面度提高，也可以获得幅面更宽的gh3625板材。