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CN108315599B - 一种高钴镍基高温合金及其制备方法 - Google Patents

一种高钴镍基高温合金及其制备方法 Download PDF

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CN108315599B CN201810457993.3A CN201810457993A CN108315599B CN 108315599 B CN108315599 B CN 108315599B CN 201810457993 A CN201810457993 A CN 201810457993A CN 108315599 B CN108315599 B CN 108315599B
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Abstract

本发明公开了一种650℃～750℃用高钴镍基高温合金及其制备方法，属于高温合金技术领域，通过精确控制Co在高温合金中的成分范围解决了现有技术中兼顾合金性能和使用成本以提高镍基高温合金综合性能的难题。合金的组成按质量百分比为：C≤0.1％，Cr 12％～20％，Mo≤4.0％，W≤6％，Co 12.01％～25.00％，Fe≤14％，Nb 4.0％～8.0％，Al 0.6％～2.6％，Ti 0.4％～1.4％，P 0.003％～0.03％，B 0.003％～0.015％，余量为Ni；γ′相含量的质量百分比为15％～30％，η‑Ni3Al0.5Nb0.5含量的质量百分比为0.5％～10.0％。镍基高温合金的制备方法包括冶炼、锻造开坯和热处理过程。上述高钴镍基高温合金及其制备方法可在650℃～750℃的温度下使用。

Description

一种高钴镍基高温合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及高温合金技术领域，尤其涉及一种650℃～750℃用高钴镍基高温合金及其制备方法。
背景技术
镍基高温合金具有优异的综合力学性能、抗氧化和耐腐蚀性，是高温强度最高的一类高温合金，广泛应用于石化、核能、航空等工业领域。
现有技术中，为了进一步提高上述镍基高温合金的综合性能、使用温度、抗氧化和耐热腐蚀性，通常在上述合金中添加钴(Co)。Co的加入能够降低层错能，提高更高温合金的持久、蠕变性能，并可以改善合金热加工性能。
但是，Co的含量过高，会促进TCP有害相在合金中的析出，因此，现有的镍基高温合金无法在兼顾综合性能以及相组成的基础上，精确控制Co在高温合金中的成分范围以提高镍基高温合金的综合性能。
中国发明专利申请CN101142338A公开了一种镍基合金和直接时效热处理的方法，但是，由于其Co含量的添加量较低，无法达到综合性能较高的目的。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种高钴镍基高温合金及其制备方法，通过精确控制Co在高温合金中的成分范围解决了现有技术中兼顾合金性能和使用成本以提高镍基高温合金综合性能的难题。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种高钴镍基高温合金，组成按质量百分比为：C≤0.1％，Cr 12％～20％，Mo≤4.0％，W≤6％，Co 12.01％～25.00％，Fe≤14％，Nb 4.0％～8.0％，Al 0.6％～2.6％，Ti 0.4％～1.4％，P 0.003％～0.03％，B 0.003％～0.015％，余量为Ni；高钴镍基高温合金中，γ′相含量的质量百分比为15％～30％，η-Ni3Al0.5Nb0.5含量的质量百分比为0.5％～10.0％。
进一步地，组成按质量百分比为：C 0.015～0.025％，Cr 17.5％～18.5％，Mo 2.5～2.9％，W 0.8～1.5％，Co 12.01％～21％，Fe 8.0～10.0％，Nb 5.2％～5.8％，Al 1.2％～1.7％，Ti 0.5％～1.00％，P 0.004％～0.025％，B 0.003％～0.08％，余量为Ni。
进一步地，γ′相中Co的质量百分比为0.5％～2.0％；η-Ni3Al0.5Nb0.5相中Co的质量百分比为0.1％～4.0％。
进一步地，在704℃条件下，高钴镍基高温合金的抗拉强度可达到1150MPa以上，屈服强度可达到970MPa以上。
本发明还提供了一种高钴镍基高温合金的制备方法，用于制备上述高钴镍基高温合金，制备方法包括如下步骤：
步骤1：采用真空感应熔炼和真空自耗重熔的冶炼工艺对高钴镍基高温合金的原料进行冶炼，得到合金锭。
步骤2：将合金锭加热锻造开坯成棒材；
步骤3：将锻造开坯后的棒材固溶处理，冷却至室温后，进行两次时效处理，冷却至室温，得到高钴镍基高温合金。
进一步地，步骤1中，真空感应熔炼包括如下步骤：按照高钴镍基高温合金的元素配比称取原料，将原料在真空条件下经全熔、精炼、除杂处理后出钢浇铸形成合金锭，全熔的真空度为20Pa～30Pa，全熔温度为1510℃～1560℃，精炼的真空度小于5Pa，精炼温度为1510℃～1560℃，精炼时间大于100min，出钢温度为1460℃～1490℃。
进一步地，步骤1中，真空自耗重熔包括如下步骤：将合金锭在自耗重熔炉中进行真空自耗重熔，真空自耗重熔的熔速为3.5kg/min～4.5kg/min。
进一步地，步骤2包括如下步骤：将合金锭加热至1150℃～1200℃，加热时间为20h～40h，经1～7火次锻造成棒材，每火次加热温度为1050℃～1150℃，保温时间为5h～8h，每火次锻造时间小于10min，压下量为25mm～35mm，变形量大于30％。
进一步地，步骤3包括如下步骤：将锻造开坯后棒材在950～990℃固溶处理0.5～1.0h，冷却至室温后，加热至750℃～800℃时效处理7h～9h，降温到630℃～720℃时效处理7h～9h，空冷至室温，得到高钴镍基高温合金。
进一步地，步骤1中，真空感应熔炼之后，真空自耗重熔之前还包括电渣重熔；电渣重熔包括如下步骤：在惰性气体保护下进行电渣重熔，电渣重熔的熔速为3.5kg/min～4.5kg/min，保护渣为CaF2-Al2O3-CaO-TiO2。
与现有技术相比，本发明有益效果如下：
1)本发明提供的高钴镍基高温合金在718Plus合金基础上，通过提高Co的含量来提高合金析出相的强化效果及高温稳定性，同时添加合理配比的C、Al、Ti及Nb对合金相进行强化，添加合理配比的W、Mo及Co进行基体固溶强化，以γ′和η-Ni3Al0.5Nb0.5为主要强化相，该镍基高温合金在保持高温强度基本不变的情况下，能够明显提高合金的持久寿命，并能够有效改善合金的热加工性能，在650℃～750℃条件下能够长期使用。
2)本发明提供的高钴镍基高温合金，将γ′相限定在上述范围内，能够保证合金具有良好的抗拉强度等力学性能，将η-Ni3Al0.5Nb0.5的含量限定在上述范围内，能够保证合金的缺口敏感性较低，使得合金具有一定的持久寿命。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书和权利要求书中所特别指出的结构来实现和获得。
具体实施方式
下面具体描述本发明的优选实施例。
本发明提供了一种高钴镍基高温合金，其组成按质量百分比为：C≤0.1％，Cr12％～20％，Mo≤4.0％，W≤6％，Co 12.01％～25.00％，Fe≤14％，Nb 4.0％～8.0％，Al0.6％～2.6％，Ti 0.4％～1.4％，P 0.003％～0.03％，B 0.003％～0.015％，余量为Ni。上述高钴镍基高温合金中强化相—γ′相的质量百分比为15％～30％；晶界强化相—η-Ni3Al0.5Nb0.5的质量百分比为0.5％～10.0％。
与现有技术相比，本发明提供的高钴镍基高温合金在718Plus合金基础上，通过提高Co的含量来提高合金析出相的强化效果及高温稳定性，同时添加合理配比的C、Al、Ti及Nb对合金相进行强化，添加合理配比的W、Mo及Co进行基体固溶强化，以γ′和η-Ni3Al0.5Nb0.5为主要强化相，该镍基高温合金在保持高温强度基本不变的情况下，能够明显提高合金的持久寿命，并能够有效改善合金的热加工性能，在650℃～750℃条件下能够长期使用，在704℃条件下，抗拉强度可达到1150MPa以上，屈服强度可达到970MPa以上。
此外，将γ′相限定在上述范围内，能够保证合金具有良好的抗拉强度等力学性能，将η-Ni3Al0.5Nb0.5的含量限定在上述范围内，能够保证合金的缺口敏感性较低，使得合金具有一定的持久寿命。
上述高钴镍基高温合金中各元素的作用如下：
Co可以降低堆垛层错能，起到良好的固溶强化作用。另外，Co有益于镍基合金的高温热强性的提高，而且对抗高温热腐蚀有益。当Co含量低于12％时，高温强度的保持性较差，不利于合金综合性能的提高。但过量的Co会促进合金中不利性能的有害相形成，同时会影响合金的可锻性。因此，Co的含量对合金的综合性能影响非常大，在兼顾相组成的基础上，精确控制Co在高温合金中的成分范围是提高镍基高温合金的综合性能的关键所在，本发明通过研究发现，将Co的含量限制在12.01％～25.00％之间，可以得到综合性能较好的高钴镍基高温合金。
具体来说，Co在高温合金中的作用主要体现在如下几个方面：
(1)对γ′相的作用—增加γ′相的数量
在合金中添加Co使Al、Ti在合金基体中的溶解度略有下降，导致高温合金中的强化相—γ′相的体积百分数的少量增加。
(2)对碳化物相的作用—减少碳化物析出
在Ni-W-Mo系固溶强化型合金中，Co的添加可以减少碳化物的析出，当Co由0％增加到20％时，碳化物的析出量由0.82％减少到0.13％。
(3)对相组织稳定性的作用—抑制σ相、促进TCP相析出
Co对易形成裂纹的σ相来说有抑制作用。当无Co时，在长期时效以后σ相析出。而当Co含量提高到10～30％的水平，σ相得到了消除。但高温长时暴露的条件下，Co会促进另一有害的TCP相(Ni,Co)7(W,Mo)析出。因此，Co的添加量对合金的综合性能影响非常大。
(4)对固溶强化的作用—降低堆垛层错能起到固溶强化作用
Co与Ni的原子直径差仅为l％，属于弱固溶强化元素。Co可以降低Ni-Cr-C固溶体的堆垛层错能，从而产生较多的堆垛层错，抑制交滑移，促进合金强化。
(5)Co对热加工性的影晌—提高热加工性能
Co可以提高镍基高温合金的热加工性，也可以提高变形镍基高温合金的热延性，从而改善其热加工性。
(6)对机械性能的影响—提高持久、蠕变性能
Co对合金瞬时拉伸强度影响较小，对Ni-Cr-W-Mo系和对Ni-Cr-W-Mo-Al-Ti系合金的研究表明，Co由0％增加到20％时，前者在816℃/126Mpa持久试验中，持久寿命由72.5小时提高到279.5小时。
(7)对氧化和热腐蚀的影响—有一定改善作用。
C作为强化元素形成碳化物对合金强度有利，C具有在浇注时保证熔融金属的流动性的作用。C可与Ti和Nb可以形成一次碳化物(Ti,Nb)C，有助于控制晶粒尺寸，但是，C含量过高时，会过多消耗掉Ti和Nb，导致上述高钴镍基高温合金的成本增加，因此，C的含量应该保持在0.1％以下。
Cr是提高镍基高温合金的抗氧化性能、抗腐蚀性能和高温强度的重要元素，也是晶界碳化物的主要形成元素，但是，Cr的含量过高时，会影响合金的组织稳定性和加工性能，一般来说，Cr的含量控制在12％～20％。
Mo进入镍基合金的基体，能够起到重要的固溶强化作用。但是，当过量Mo进入时，不仅降低合金的抗腐蚀性能，而且会促进有害相的形成，并使高温加工性能变差，因此，Mo的含量应该控制在≤4.0％。
W在合金中起固溶强化作用。W原子半径比较大，比基体镍的半径大百分之十几，固溶强化作用明显，特别是W与Mo同时加入，能够起到复合的固溶强化作用，更为有利，但是，W是加速热腐蚀的元素，因此，W的含量应该控制在≤6％。
Nb与Ni的原子半径差别比Mo和W与Ni的差别还大，是上述的高钴镍基高温合金合金中重要的析出强化和固溶强化元素，其能够与Al和Ti共同作为γ′相和η-Ni3Al0.5Nb0.5相的形成元素。但是，过量的Nb不仅会促进凝固偏析，增加形成黑斑、白斑的风险，也会降低氧化膜的保护性能。因此，Nb的最佳控制范围为4.0％～8.0％。
Ti是重要的γ′相的强化元素，同时也是重要的晶粒尺寸稳定剂，其与Nb共同形成一次碳化物(Ti,Nb)C。但是，Ti的含量过高时，会促进有害相的形成，且容易发生内氧化而降低合金基体的塑性。因此，Ti的最佳控制范围为0.4％～1.4％。
Al、Ti和Nb共同与Ni形成γ′强化相。Al也是稳定γ′相和抑制有害相形成的重要元素。Al的含量过低时，强化效果不明显，高温强度会降低；Al的含量过高时，会显著降低合金的塑性和韧性，降低合金的加工温度范围。同时，在高温硫化环境中，高铝含量会导致内氧化和内硫化腐蚀增加。因此，Al的含量应该限制在0.6％～2.6％。
B是微合金化元素，B在晶界富集，增加晶界结合力。晶界硼化物可以阻止晶界滑移和空洞的连接和扩展，对提高合金的蠕变持久性能非常明显，存在一个最佳的含量范围，因此，B的含量应该控制在0.003％～0.015％。
P具有双重作用，P可以向晶界偏聚，增加晶间结合力，从而显著提高合金的持久蠕变性能，并在0.003％～0.03％时达到最大值。但是，过量的P会在晶界偏析严重，使晶界连接强度降低，导致合金热加工性能和焊接性能显著降低；因此，P的含量应该控制在0.003％～0.03％。
Fe加入镍基高温合金中，不仅可以降低成本，还可以降低镍基奥氏体的堆垛层错能，提高其屈服强度，起到固溶强化作用。但是，Fe从低温到高温要发生同素异构转变，为了使合金在常温具有稳定的奥氏体基体，Fe的含量不能过高，因此，Fe的含量应该≤14％。
Ni是最重要的基体组成元素和析出强化相γ′相及η-Ni3Al0.5Nb0.5相的形成元素，为了保证组织的稳定性和获得足够的高温强度、韧塑性以及使合金具有良好的加工能力。
为了在保持高温强度基本不变的情况下，进一步提高合金的持久寿命，改善合金的热加工性能，上述高钴镍基高温合金的组成按质量百分比可以为：C 0.015～0.025％，Cr17.5％～18.5％，Mo 2.5～2.9％，W 0.8～1.5％，Co 12.01％～21％，Fe 8.0～10.0％，Nb5.2％～5.8％，Al 1.2％～1.7％，Ti 0.5％～1.00％，P 0.004％～0.025％，B 0.003％～0.08％，余量为Ni。
示例性地，上述高钴镍基高温合金的组成按质量百分比为：C 0.020～0.025％，Cr17.8％～18.0％，Mo2.7～2.8％，W1.00～1.02％，Co 15％～21％，Fe 9.6～9.8％，Nb5.4％～5.7％，Al 1.55％～1.65％，Ti 0.75％～0.80％，P 0.003％～0.01％，B 0.003％～0.05％，余量为Ni。
为了进一步控制Co对上述高钴镍基高温合金的影响，γ′相中Co的质量百分比为0.5％～2.0％；η-Ni3Al0.5Nb0.5相中Co的质量百分比为0.1％～4.0％。通过控制Co在γ′相和η-Ni3Al0.5Nb0.5相中的含量，能够进一步控制γ′相和η-Ni3Al0.5Nb0.5相的性能，从而进一步提高上述高钴镍基高温合金的综合性能。
另一方面，本发明还提供了一种高钴镍基高温合金的制备方法，包括冶炼、锻造开坯和热处理过程。
具体来说，高钴镍基高温合金的制备方法，可以包括如下步骤：
步骤1：采用真空感应熔炼和真空自耗重熔两联冶炼工艺对高钴镍基高温合金的原料进行冶炼，得到合金锭。
真空感应熔炼可以包括如下步骤：按照高钴镍基高温合金的元素配比称取原料，将原料加入真空感应炉中，在真空条件下经全熔、精炼、除杂处理后出钢浇铸形成合金锭，其中，全熔的真空度为20Pa～30Pa，全熔温度为1510℃～1560℃，精炼的真空度小于5Pa，精炼温度为1510℃～1560℃，精炼时间大于100min，出钢温度为1460℃～1490℃。
真空自耗重熔可以包括如下步骤：将合金锭在自耗重熔炉中进行真空自耗重熔，真空自耗重熔的熔速为3.5kg/min～4.5kg/min；
步骤2：将合金锭在加热炉中加热至1150℃～1200℃，加热时间为20h～40h，经1～7火次锻造成棒材，其中，每火次加热温度为1050℃～1150℃，保温时间为5h～8h，每火次锻造时间小于10min，压下量为25mm～35mm，变形量大于30％。
步骤3：将锻造开坯后棒材在950～990℃固溶处理0.5～1.0h，空冷或者以比空冷更快速率冷却至室温，然后加热至750℃～800℃时效处理7～9h，降温到630℃～720℃时效处理7～9h，最后空冷至室温。
为了进一步降低杂质元素含量，真空感应熔炼之后，真空自耗重熔之前还包括电渣重熔，也就是说，上述制备方法中采用真空感应熔炼、电渣重熔和真空自耗重熔三联冶炼工艺。
示例性地，上述电渣重熔包括如下步骤：采用电渣重熔炉，在惰性气体保护下进行电渣重熔，电渣重熔的熔速为3.5kg/min～4.5kg/min，保护渣为CaF2-Al2O3-CaO-TiO2。
实施例1
本实施例提供一种650℃～750℃用镍基高温合金，以质量百分比计，包括：碳：0.022％，铬：17.89％，钼：2.73％，钨：1.01％，钴：12.0％，铁：9.62％，铌：5.43％，铝：1.63％，钛：0.77％，磷：0.0098％，硼：0.0043％，余量为镍。
该合金的制备方法如下：
(1)冶炼：采用真空感应熔炼和真空自耗重熔两联冶炼工艺，具体为：
真空感应熔炼：按照镍基高温合金的元素配比原则称取一定量的能够获得碳、铬、钼、钨、钴、铁、铌、铝、钛、磷、硼及镍元素的冶炼原料，将冶炼原料加入真空感应炉中，在真空条件下经全熔、精炼、除杂处理后浇铸成合金锭；其中全熔真空度为20Pa，全熔温度为1560℃；精炼真空度小于5Pa，精炼温度为1560℃，精炼时间110min；出钢温度为1460℃；
真空自耗重熔：将合金锭在自耗重熔炉中进行真空自耗重熔，熔速为3.5kg/min；
(2)锻造开坯：将合金锭在加热炉中加热至在1200℃，加热时间为40h，然后经5火次锻造成棒材，其中每火次加热温度为1050℃，保温时间为6，每火次锻造时间8min，压下量为30mm，变形量40％；
(3)热处理：将棒材在980℃固溶处理1h，空冷或者以比空冷更快速率冷却至室温，然后加热至800℃时效处理8h，降温到630℃时效处理8h，最后空冷至室温。
实施例2
本实施例提供一种650℃～750℃用镍基高温合金，以质量百分比计，包括：碳：0.023％，铬：17.88％，钼：2.78％，钨：1.02％，钴：15.0％，铁：9.74％，铌：5.46％，铝：1.58％，钛：0.76％，磷：0.0097％，硼：0.0041％，余量为镍。
该合金的制备方法如下：
(1)冶炼：采用真空感应熔炼和真空自耗重熔两联冶炼工艺，具体为：
真空感应熔炼：按照镍基高温合金的元素配比原则称取一定量的能够获得碳、铬、钼、钨、钴、铁、铌、铝、钛、磷、硼及镍元素的冶炼原料，将冶炼原料加入真空感应炉中，在真空条件下经全熔、精炼、除杂处理后浇铸形成合金锭；其中全熔真空度为27Pa，全熔温度为1510℃；精炼真空度小于5Pa，精炼温度为1530℃，精炼时间150min；出钢温度为1490℃；
真空自耗重熔：将合金锭在自耗重熔炉中进行真空自耗重熔，熔速为3.9kg/min；
(2)锻造开坯：将合金锭在加热炉中加热至在1190℃，加热时间为25h，然后经7火次锻造成棒材，其中每火次加热温度为1150℃，保温时间为5h，每火次锻造时间7，压下量为25mm，变形量50％；
(3)热处理：将棒材在950℃固溶处理0.5h，空冷或者以比空冷更快速率冷却至室温，然后加热至750℃时效处理7h，降温到700℃时效处理9h，最后空冷至室温。
实施例3
本实施例提供一种650℃～750℃用镍基高温合金，以质量百分比计，包括：碳：0.021％，铬：17.90％，钼：2.72％，钨：1.00％，钴：17.9％，铁：9.66％，铌：5.69％，铝：1.58％，钛：0.77％，磷：0.0096％，硼：0.0042％，余量为镍。
该合金的制备方法如下：
(1)冶炼：采用真空感应熔炼和真空自耗重熔两联冶炼工艺，具体为：
真空感应熔炼：按照镍基高温合金的元素配比原则称取一定量的能够获得碳、铬、钼、钨、钴、铁、铌、铝、钛、磷、硼及镍元素的冶炼原料，将冶炼原料加入真空感应炉中，在真空条件下经全熔、精炼、除杂处理后浇铸成合金锭；其中全熔真空度为30Pa，全熔温度为1510℃～1570℃；精炼真空度小于5Pa，精炼温度为1510℃～1570℃，精炼时间120min；出钢温度为1480℃；
真空自耗重熔：将合金锭在自耗重熔炉中进行真空自耗重熔，熔速为4.5kg/min；
(2)锻造开坯：将合金锭在加热炉中加热至在1150℃，加热时间为20h，然后经1火次锻造成棒材，其中每火次加热温度为1150℃，保温时间为5h，每火次锻造时间8min，压下量为35mm，变形量35％；
(3)热处理：将棒材在940℃～1000℃固溶处理0.5h，空冷或者以比空冷更快速率冷却至室温，然后加热至800℃时效处理9h，降温到650℃时效处理7h，最后空冷至室温。
实施例4
本实施例提供一种650℃～750℃用镍基高温合金，以质量百分比计，包括：碳：0.022％，铬：17.95％，钼：2.70％，钨：1.01％，钴：21.0％，铁：9.62％，铌：5.44％，铝：1.61％，钛：0.77％，磷：0.0098％，硼：0.004％，余量为镍。
该合金的制备方法如下：
(1)冶炼：采用真空感应熔炼、电渣重熔和真空自耗重熔三联冶炼工艺，具体为：
真空感应熔炼：按照镍基高温合金的元素配比原则称取一定量的能够获得碳、铬、钼、钨、钴、铁、铌、铝、钛、磷、硼及镍元素的冶炼原料，将冶炼原料加入真空感应炉中，在真空条件下经全熔、精炼、除杂处理后浇铸成合金锭；其中全熔真空度为28Pa，全熔温度为1540℃；精炼真空度小于5Pa，精炼温度为1520℃，精炼时间110min；出钢温度为1480℃；
电渣重熔：采用电渣重熔炉，在惰性气体保护下进行重熔，熔速为3.7kg/min，采用的保护渣为CaF2-Al2O3-CaO-TiO2；
真空自耗重熔：将合金锭在自耗重熔炉中进行真空自耗重熔，熔速为3.9kg/min；
(2)锻造开坯：将合金锭在加热炉中加热至在1170℃，加热时间为20h，然后经6火次锻造成棒材，其中每火次加热温度为1070℃，保温时间为8h，每火次锻造时间9min，压下量为28mm，变形量35％；
(3)热处理：将棒材在950℃固溶处理1h，空冷或者以比空冷更快速率冷却至室温，然后加热至770℃时效处理8h，降温到690℃时效处理8h，最后空冷至室温。
比较例
本发明比较例，以质量百分比计，包括：碳：0.017％，铬：17.83％，钼：2.76％，钨：1.01％，钴：9.31％，铁：9.61％，铌：5.43％，铝：1.55％，钛：0.75％，磷：0.0098％，硼：0.004％，余量为镍。
该合金的制备方法如下：
(1)冶炼：采用真空感应熔炼和真空自耗重熔两联冶炼工艺，具体为：
真空感应熔炼：按照镍基高温合金的元素配比原则称取一定量的能够获得碳、铬、钼、钨、钴、铁、铌、铝、钛、磷、硼及镍元素的冶炼原料，将冶炼原料加入真空感应炉中，在真空条件下经全熔、精炼、除杂处理后浇铸成合金锭；其中全熔真空度为28Pa，全熔温度为1540℃；精炼真空度小于5Pa，精炼温度为1520℃，精炼时间110min；出钢温度为1480℃；
真空自耗重熔：将合金锭在自耗重熔炉中进行真空自耗重熔，熔速为3.9kg/min；
(2)锻造开坯：将合金锭在加热炉中加热至在1170℃，加热时间为20h，然后经6火次锻造成棒材，其中每火次加热温度为1070℃，保温时间为8h，每火次锻造时间9min，压下量为28mm，变形量35％；
(3)热处理：将棒材在950℃固溶处理1h，空冷或者以比空冷更快速率冷却至室温，然后加热至770℃时效处理8h，降温到690℃时效处理8h，最后空冷至室温。
表1实施例1～4与比较例合金主要化学成分
C P B Mo W Ti Cr Fe Nb Al Co Ni
比较例 0.017 0.0098 0.004 2.76 1.01 0.75 17.83 9.61 5.43 1.55 9.31 余量
实施例1 0.022 0.0098 0.0043 2.73 1.01 0.77 17.89 9.62 5.43 1.63 12.0 余量
实施例2 0.023 0.0097 0.0041 2.78 1.02 0.76 17.88 9.74 5.46 1.58 15.0 余量
实施例3 0.021 0.0096 0.0042 2.72 1.00 0.77 17.90 9.66 5.69 1.58 17.9 余量
实施例4 0.022 0.0098 0.004 2.70 1.01 0.77 17.95 9.62 5.44 1.61 21.0 余量
将实施例1～4与对比例做化学相分析，其结果如表2所示。由表可以看出来，随着钴含量提高，五种实施例合金的相组成包括γ′相及η相含量均没有明显变化。但随着钴含量提高，钴在γ′相中的含量逐渐提高，在η相中的含量现升高后降低。
表2实施例1～4与比较例合金相含量及钴含量(wt.％)
γ′相含量 η相含量 γ′相中Co含量 η相中Co含量
比较例 20.4 2.3 0.70 0.15
实施例1 20.0 2.5 0.90 0.23
实施例2 20.3 2.4 1.15 0.28
实施例3 20.0 2.4 1.37 0.33
实施例4 20.4 2.1 1.57 0.23
将实施例1～4与对比例做704℃高温拉伸测试，其结果如表3所示，由表可以看出来，四种实施例合金的抗拉强度及屈服强度均高于对比例的抗拉强度及屈服强度，随着钴含量的提高，四种实施例合金的抗拉强度和屈服强度均逐渐提高。
表3实施例1～4与比较例合金高温拉伸性能对比
试验温度/℃ 抗拉强度/MPa 屈服强度/MPa 伸长率/％
比较例 704 1130 935 19.0
实施例1 704 1150 970 15.5
实施例2 704 1170 970 15.5
实施例3 704 1160 985 12.5
实施例4 704 1210 1060 19.0
将实施例1～4与对比例做704℃/621MPa持久性能实验，其结果如表4所示，由表可以看出来，四种实施例合金的持久寿命均高于对比例的持久寿命，最高持久寿命是对比例持久寿命的近三倍。
表4实施例1～4与比较例合金高温持久性能对比
综上所述，本发明实施例提供了一种650℃～750℃用镍基高温合金及制备方法，通过提高钴在合金中的含量，不仅提高合金的高温拉伸性能，而且能明显提高合金的持久寿命，并能够有效改善合金的热加工性能，在650℃～750℃条件下能够长期使用。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种高钴镍基高温合金，其特征在于，组成按质量百分比为：C0.015～0.025％，Cr17.5～18.5％，Mo 2.5～2.9％，W 0.8～1.5％，Co 12.01～25％，Fe 8.0～10.0％，Nb5.2％～5.8％，Al 1.2％～1.7％，Ti 0.5％～1.00％，P0.004％～0.025％，B 0.003％～0.08％，余量为Ni；
所述高钴镍基高温合金中，γ′相含量的质量百分比为15％～30％，η-Ni3Al0.5Nb0.5含量的质量百分比为0.5％～10.0％；
所述γ′相中Co的质量百分比为0.5％～2.0％；所述η-Ni3Al0.5Nb0.5相中Co的质量百分比为0.1％～4.0％；
在704℃条件下，所述高钴镍基高温合金的抗拉强度达到1150MPa以上，屈服强度达到970MPa以上；
所述高钴镍基高温合金的制备方法包括如下步骤：
步骤1：采用真空感应熔炼和真空自耗重熔的冶炼工艺对高钴镍基高温合金的原料进行冶炼，得到合金锭；
步骤2：将合金锭加热锻造开坯成棒材；
步骤3：将锻造开坯后的棒材固溶处理，冷却至室温后，进行两次时效处理，冷却至室温，得到高钴镍基高温合金；
所述步骤1中，所述真空感应熔炼包括如下步骤：按照高钴镍基高温合金的元素配比称取原料，将原料在真空条件下经全熔、精炼、除杂处理后出钢浇铸形成合金锭，全熔的真空度为20Pa～30Pa，全熔温度为1510℃～1560℃，精炼的真空度小于5Pa，精炼温度为1510℃～1560℃，精炼时间大于100min，出钢温度为1460℃～1490℃；
所述步骤2包括如下步骤：将合金锭加热至1150℃～1200℃，加热时间为20h～40h，经1～7火次锻造成棒材，每火次加热温度为1050℃～1150℃，保温时间为5h～8h，每火次锻造时间小于10min，压下量为25mm～35mm，变形量大于30％；
所述步骤3包括如下步骤：将锻造开坯后棒材在950～990℃固溶处理0.5～1.0h，冷却至室温后，加热至750℃～800℃时效处理7h～9h，降温到630℃～720℃时效处理7h～9h，空冷至室温，得到高钴镍基高温合金。
2.一种高钴镍基高温合金的制备方法，其特征在于，用于制备如权利要求1所述的高钴镍基高温合金，所述制备方法包括如下步骤：
步骤1：采用真空感应熔炼和真空自耗重熔的冶炼工艺对高钴镍基高温合金的原料进行冶炼，得到合金锭；
步骤2：将合金锭加热锻造开坯成棒材；
步骤3：将锻造开坯后的棒材固溶处理，冷却至室温后，进行两次时效处理，冷却至室温，得到高钴镍基高温合金；
所述步骤1中，所述真空感应熔炼包括如下步骤：按照高钴镍基高温合金的元素配比称取原料，将原料在真空条件下经全熔、精炼、除杂处理后出钢浇铸形成合金锭，全熔的真空度为20Pa～30Pa，全熔温度为1510℃～1560℃，精炼的真空度小于5Pa，精炼温度为1510℃～1560℃，精炼时间大于100min，出钢温度为1460℃～1490℃；
所述步骤2包括如下步骤：将合金锭加热至1150℃～1200℃，加热时间为20h～40h，经1～7火次锻造成棒材，每火次加热温度为1050℃～1150℃，保温时间为5h～8h，每火次锻造时间小于10min，压下量为25mm～35mm，变形量大于30％；
所述步骤3包括如下步骤：将锻造开坯后棒材在950～990℃固溶处理0.5～1.0h，冷却至室温后，加热至750℃～800℃时效处理7h～9h，降温到630℃～720℃时效处理7h～9h，空冷至室温，得到高钴镍基高温合金。
3.根据权利要求2所述的高钴镍基高温合金的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，所述真空自耗重熔包括如下步骤：将合金锭在自耗重熔炉中进行真空自耗重熔，真空自耗重熔的熔速为3.5kg/min～4.5kg/min。
4.根据权利要求2或3所述的高钴镍基高温合金的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，真空感应熔炼之后，真空自耗重熔之前还包括电渣重熔；
所述电渣重熔包括如下步骤：在惰性气体保护下进行电渣重熔，电渣重熔的熔速为3.5kg/min～4.5kg/min，保护渣为CaF2-Al2O3-CaO-TiO2。
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