一种耐高温高弹镍铬合金带材及其制备方法与流程

本发明涉及合金材料技术领域，尤其涉及一种耐高温高弹镍铬合金带材及其制备方法。

背景技术：

金属波纹管因既有弹性特性，又具有耐压、密封、耐腐蚀、耐温度等多种性能，已成为船舶、汽车、电力、石油化工、机械、仪表等工业领域中常用的核心元件。波纹管服役过程中通常承受复杂的外力和较高的应力，而且工作温度高，工作介质有较强的腐蚀性。因此，用于制作波纹管的材料必须具有一定的耐温性、高的抗拉强度和塑性以及稳定的弹性性能。

波纹管一般采用厚度极薄的材料焊接制成。当使用温度低于450℃且介质成分单一时，一般采用18-8型奥氏体不锈钢波纹管可满足使用要求。当使用温度低于600℃时，可选用316L不锈钢制作波纹管。但当温度高于600℃时，316L不锈钢已无法满足使用要求。在温度高于600℃或介质中含有一定硫化物的严苛工况环境下，国外大多选用Fe-Ni耐蚀合金(Incoloy 800、825)、固溶强化型镍基高温合金(Inconel 600、625)和沉淀硬化型高温合金(Inconel 718，国内牌号为GH4169)。然而Inconel 625和Inconel 718合金作为波纹管材料用于含有腐蚀介质的环境温度中时，其使用温度也不得超过650℃。

技术实现要素：

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种耐高温高弹镍铬金带材及其制备方法，以解决现有现有合金带材用于650℃以上严苛服役环境中的波纹管时，耐温性差无法保证可靠密封的技术问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

通过调整耐高温高弹镍铬合金带材中性能关键影响元素含量，并优化均匀化制度、热轧制度、带材冷轧制度以及中间退火和成品退火制度，改善带材组织，提高带材耐温性。

一种耐高温高弹镍铬合金带材，各组分的重量比为：C：0.02～0.10％，B：0.003～0.008％，Al：1.3～1.7％，Ti：1.9～2.3％，Cr：19.0～21.0％，Mo：8.0～9.0％，Co：9.0～11.0％，其余为Ni。

进一步地，各组分的重量比为：C：0.04～0.06％，B：0.004～0.005％，Al：1.35～1.45％，Ti：1.95～2.05％，Cr：19.6～20.0％，Mo：8.1～8.4％，Co：9.2～9.9％，其余为Ni。

进一步地，各组分的重量比为：C：0.07～0.09％，B：0.006～0.007％，Al：1.55～1.65％，Ti：2.15～2.25％，Cr：20.4～20.9％，Mo：8.6～8.9％，Co：10.6～10.8％，其余为Ni。

本发明还提供一种制备所述耐高温高弹镍铬合金带材的方法，其生产工序主要包括配料→真空感应熔炼→真空自耗冶炼→均匀化→开坯→热锻→热轧→固溶处理→酸洗→冷轧→成品退火→包装。

进一步地，所述均匀化工序中，采用双级均热方式，在840～860℃保温2～4h后，以50～60℃/h的升温速率升至1180～1210℃，保温24～36h。

进一步地，所述热轧工序中，加热温度为1150～1170℃，终轧温度为1000～1030℃，热轧板厚度为3.0～4.0mm，宽度为300～500mm。

进一步地，所述冷轧工序包括冷轧和中间退火，每两次冷轧中间进行一次中间退火，直至厚度达到要求，每火次冷轧变形量≥30％，道次变形量为12～25％，中间退火温度为1050～1100℃，采用惰性气体保护退火。进一步地，所述成品退火工序中，成品退火温度为1080～1130℃，采用惰性气体保护退火。

采用惰性气体保护退火，能够保证带材表面不会发生氧化。

更进一步地，所述耐高温高弹镍铬合金带材的成品厚度为0.3～0.8mm，宽度为300～500mm。

本发明有益效果如下：

本发明提供一种耐高温高弹镍铬合金带材及其制备方法，通过调整固溶强化元素Cr和Mo及沉淀强化元素Al和Ti等性能关键影响元素含量，并优化均匀化制度、热轧制度、带材冷轧制度以及中间退火和成品退火制度，可以较好的改善带材组织，从而有效提高带材耐温性。通过本方法生产的厚度为0.3～0.8mm耐高温高弹镍铬合金带材的晶粒度为5.0～7.0级，固溶+时效态带材室温抗拉强度为1200～1280MPa，延伸率为25～30％，在850℃条件下抗拉强度为750～800MPa，延伸率为25～30％，可用于温度不超过850℃的严苛工况环境下的金属波纹管制造。本发明制备工艺简单，操作方便，成本低，可有效改善带材组织均匀性，并可显著提高带材的力学性能、使用温度和寿命，克服了现有技术中的不足，具有广阔的工业应用前景。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分可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、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1是实施例1的带材冷拉态晶粒组织图。

图2是实施例2的带材冷拉态晶粒组织图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。

实施例1

耐高温高弹镍铬合金带材的生产工序为：配料→真空感应熔炼→真空自耗冶炼→均匀化→开坯→热锻→热轧→固溶处理→酸洗→冷轧→成品退火→包装。

配料工序中，耐高温高弹镍铬合金带材各个组分的重量比为：C：0.03％，B：0.005％，Al：1.5％，Ti：2.0％，Cr：19.5％，Mo：8.5％，Co：10.0％，其余为Ni。

均匀化工序中，采用双级均热方式，在850℃保温3h后，以55℃/h的升温速率升至1180℃，保温30h。

热锻工序中，开锻温度为1150℃，终锻温度为1030℃。

热轧工序中，加热温度为1160℃，终轧温度为1000℃，热轧板厚度为3.0mm，宽度为350mm。

固溶处理工序中，热轧板加热温度为1135℃，保温1h。

酸洗工序中，将固溶后热轧板浸入硫酸、硝酸、盐酸等组成的混合酸液中2分钟，以除去氧化皮层等杂质。

冷轧工序中经不同道次变形后带材的厚度δ为：第一火次(δ3.5→δ2.8→δ2.3→δ2.0)mm→中间退火→第二火次(δ1.6→δ1.3→δ1.1)mm→中间退火→第三火次(δ0.93→δ0.80→δ0.70)mm。道次变形量依次为20.0％，17.9％，13.0％，20.0％，18.8％，15.4％，15.5％，14.0％，12.5％，火次变形量依次为43％，45％，36％，中间退火温度为1060℃，采用惰性气体保护退火，保证带材表面不会发生氧化。

成品退火工序中，成品退火温度为1080℃，采用惰性气体保护退火，带材表面不会发生氧化。

最终获得的耐高温高弹镍铬合金带材成品厚度为0.7mm，宽度为400mm。

通过本实施例生产的0.7mm厚度耐高温高弹镍铬合金带材的晶粒度为5.5级，固溶+时效态带材室温抗拉强度为1210MPa，延伸率为26％，850℃抗拉强度为760MPa，延伸率为26％，可用于温度不超过850℃的严苛工况环境下的金属波纹管制造。

实施例2

耐高温高弹镍铬合金带材的生产工序为：配料→真空感应熔炼→真空自耗冶炼→均匀化→开坯→热锻→热轧→固溶处理→酸洗→冷轧→成品退火→包装。

配料工序中，耐高温高弹镍铬合金带材各个组分的重量比为：C：0.03％，B：0.006％，Al：1.6％，Ti：2.1％，Cr：20.5％，Mo：8.8％，Co：10.5％，其余为Ni。

均匀化工序中，采用双级均热方式，在860℃保温3后，以50℃/h的升温速率升至1200℃，保温30h。

热锻工序中，开锻温度为1150℃，终锻温度为1030℃。

热轧工序中，加热温度为1165℃，终轧温度为1010℃，热轧板厚度为3.5mm，宽度为380mm。

固溶处理工序中，热轧板加热温度为1135℃，保温1h。

酸洗工序中，将固溶后热轧板浸入硫酸、硝酸、盐酸等组成的混合酸液中2分钟，以除去氧化皮层等杂质。

冷轧工序中经不同道次变形后带材的厚度δ为：第一火次(δ3.0→δ2.3→δ1.8→δ1.5)mm→中间退火→第二火次(δ1.2→δ0.97→δ0.8→δ0.68)mm→中间退火→第三火次(δ0.55→δ0.45→δ0.38→δ0.33)mm。道次变形量依次为23.3％，21.7％，16.7％，20.0％，19.2％，17.5％，15.0％，19.1％，18.2％，15.6％，13.2％，火次变形量依次为50％，55％，51％。中间退火温度为1080℃，采用惰性气体保护退火，带材表面不会发生氧化。

成品退火工序中，成品退火温度为1100℃，采用惰性气体保护退火，带材表面不会发生氧化。

最终获得的耐高温高弹镍铬合金带材成品厚度为0.33mm，宽度为400mm。

通过本实施例生产的0.33mm厚度耐高温高弹镍铬合金带材的晶粒度为6.5级，固溶+时效态带材室温抗拉强度为1270MPa，延伸率为28％，850℃抗拉强度为780MPa，延伸率为27％，可用于温度不超过850℃的严苛工况环境下的金属波纹管制造。

综上所述，本发明实施例提供了一种耐高温高弹镍铬合金带材及其制备方法，通过调整Cr、Mo、Al、Ti等性能关键影响元素含量，并优化均匀化制度、热轧制度、带材冷轧制度以及中间退火和成品退火制度，可以较好的改善带材组织，从而有效提高带材耐温性。生产的耐高温高弹镍铬合金带材的晶粒度为5.0～7.0级，固溶+时效态带材室温抗拉强度为1200～1280MPa，延伸率为25～30％，在850℃条件下抗拉强度为750～800MPa，延伸率为25～30％，可用于温度不超过850℃的严苛工况环境下的金属波纹管制造。本发明制备工艺简单，操作方便，成本低，可有效改善带材组织均匀性，并可显著提高带材的力学性能、使用温度和寿命，克服了现有技术中的不足，具有广阔的工业应用前景。

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。