一種核用鎳基高溫合金gh4145絲材的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于鎳基高溫合金絲材加工技術領域，特別涉及一種核用鎳基高溫合金 GH4145絲材的制備方法。
【背景技術】
[0002 ]核電站的核心是反應堆，而壓水堆控制棒驅動機構(簡稱CRDM)是核反應系統中重 要的機械設備。控制棒驅動機構中的各種彈簧部件直接和一回路冷卻劑接觸，長期經受高 溫(設計溫度343°C)、高壓（設計壓力17.2MPa)和反應堆冷卻劑的腐蝕等作用，因此對彈簧 用材料提出了較高要求:材料既要具有耐高溫、高壓，又要具有足夠的韌性、塑性及耐磨、抗 沖擊和抗腐蝕等性能。目前核用控制棒驅動機構中絕大多數彈簧都使用耐高溫和耐腐蝕的 鎳基高溫合金絲材制作而成。由于國內對核用鎳基高溫合金絲材在控制棒驅動機的應用中 沒有成熟的使用經驗，因此在鎳基高溫合金國產化代用材料GH4145合金絲材的性能滿足 AP1000或CPR1000使役要求的基礎上，對晶粒度、低倍組織和非金屬夾雜物等都制定了考核 要求，其中最為嚴苛的要求為絲材制備整個流程中無酸洗。
[0003] GH4145合金（國外對應牌號為Inconel X-750)是一種時效硬化型鎳基高溫合金， Co、W、Mn、Cr等元素對基體的固溶強化作用，41、1^、他、附通過形成附3以1，1^，恥）型丫/相 實現的時效沉淀強化作用，以及微量元素 Mg、Zr、B加入起到的晶界強化作用，使該合金同時 具備高溫合金的三種強化特征，決定了其優異的綜合力學性能。GH4145合金已被廣泛用作 航空發動機在800°C以下工作并且強度要求較高的耐腐蝕的環形件、結構件、螺栓等零件， 它還經常用來制作540°C以下工作的具有較低應力并要求耐松弛的平面彈簧和螺旋彈簧 等。
[0004] GH4145合金加工過程的最大特點在于：（1)高合金化使得合金的組織結構復雜，而 加工塑性隨高溫強度的提高而降低；（2)熱加工溫度范圍很窄；（3)冷加工塑性較低，變形抗 力大，冷、熱加工難度均較大；（4)變形過程對模具及設備的要求比較高，對模具的磨損比較 大。因此，影響GH4145合金絲材成型的因素主要有材料、設備、模具以及冷、熱變形工藝等多 個方面，且其中各參數間的關系異常復雜。由于此前國內很少生產核電用GH4145合金絲材， 更未生產過無酸洗高品質鎳基高溫合金絲材，對于設備參數的合理選擇、模具的優化設計 及合金的冷、熱變形工藝控制等以及相互間的匹配均缺乏深入系統的研究。此外，由于核用 絲材尺寸精度和表面質量的要求均極高，即使絲材可成型且滿足組織性能要求，但由于尺 寸不易達到規定的精度，加之表面極易出現折疊、裂痕、劃傷、直道、螺紋、麻坑等缺陷，導致 GH4145合金絲材報廢率極高。因此，研制出無酸洗高品質GH4145合金絲材制備方法對實現 我國核電關鍵用材國產化、保障核電順利發展具有重要意義，是本領域亟待解決的問題。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在于提供一種核用鎳基高溫合金GH4145絲材的制備方法解決了 GH4145合金絲材報廢率極高等問題。采用本發明制備的GH4145合金絲材整個生產流程中無 需酸洗，尺寸精度高、表面質量好、組織均勻、機械性能優異，可廣泛用于核電用無酸洗鎳基 高溫合金絲材加工領域。
[0006] 本發明將原料按質量百分比配料后進行真空感應+真空自耗雙聯冶煉并澆注成合 金錠;通過均勻化后鍛造成合金錠坯，再進行探傷和精整后熱乳為直徑Φ 8~Φ 12mm的盤 條;對盤條進行固溶處理，并進行歸圓、剝皮和覆膜;依次進行拉拔和退火，分多次將盤條拉 至所要求的合金絲直徑，得到GH4145合金絲材成品。具體工藝步驟及在工藝中控制的技術 如下：
[0007] (1)按GH4145合金的配比配料，所述的GH4145合金絲材的成分范圍（重量百分比） 為：0.08%、Cr :14.0~17.0%、Ti :2.25~2.75%、A1:0.4~1.0%、Ta< 0.05%、Nb:0.7 ~1.2%、Cu< 0.50%、Co< 0.10%、Si < 0.5%、Mn< 1.0%、S< 0.01%、P< 0.015%、Fe:5.0 ~9.0%、余量為Ni和不可避免的雜質；
[0008] (2)按步驟（1)所述的配料，真空爐中精煉，在溫度1520~1580°C下，電磁攪拌均 勾，饒注，獲得重恪電極棒；
[0009] (3)步驟(2)所述的重熔電極棒經真空電弧重熔(真空自耗)得到合金錠；
[0010] (4)步驟(3)所述的合金錠經均勻化處理后熱鍛成方形錠坯，經探傷、精整，將鋼坯 加熱到1140~1160°C，保溫60~120分鐘，出爐熱乳為直徑Φ 8~Φ 12mm盤條，乳制溫度在 950 ~1140°C 之間；
[0011] (5)步驟(4)所述的盤條進行1000~1100°C，保溫20~80分鐘，水冷的固溶處理；
[0012] (6)步驟(5)所述的固溶處理后盤條進行歸圓、剝皮和覆膜；
[0013] (7)步驟(6)所述的盤條依次進行拉拔和退火，分多次將Φ8~Φ 12mm盤條拉絲至 要求的合金絲直徑的絲材成品，每火次拉拔后對絲材進行精整處理，控制每火次變形量范 圍為15~35%，退火溫度為1000~1080°C;
[0014] (8)步驟(7)所述的絲材成品按照核級用材相關標準進行液體滲透檢測。
[0015] 本發明步驟(2)所述的精煉分兩次進行，第一次精煉時間為15~30分鐘，真空度為 0.1~5Pa，第二次精煉時間為10~20分鐘，真空度< 0.1 Pa。
[0016]步驟(2)所述的電磁攪拌在精煉后期爐料熔清后采用400~450kW的功率攪拌1~3 分鐘；
[0017] 步驟(4)所述的均勻化退火處理溫度為1100~1200°C，均勻化時間為24~48小時。 [0018] 步驟(4)所述的熱鍛加熱溫度為1120~1180°C，保溫時間為30~60分鐘，開鍛溫度 大于等于1120°C，終鍛溫度大于等于900°C。
[0019]所述的絲材成品制備過程無酸洗，成品表面質量好，直徑為3.0~6.5mm，尺寸精度 為± 0.01mm，圓度為0.01~0.02mm，時效后室溫力學性能如下：
[0020] 抗拉強度為1250~1327]\〇^;屈服強度為985~10491〇^;斷后伸長率為18.5~ 24.0% :斷面收縮率為47.0~52.0%。
[0021]絲材成品具有均勻細晶組織，平均晶粒度細于5級。時效后力學性能和工藝性能滿 足核用絲材性能要求，液體滲透未發現超標缺陷，能有效保證最終時效后彈簧構件的性能， 滿足核用控制棒驅動機構中彈簧的技術指標要求。
[0022]本發明的有益效果為：
[0023] 1)采用本發明制備的的鎳基高溫合金GH4145絲材尺寸精度高、表面質量好、成分 和組織均勻、力學性能和工藝性能優良，每火次拉拔后對絲材進行精整處理，有效保證了絲 材尺寸精度和表面質量，且整個過程不涉及拉拔后潤滑層的酸洗工序，全面滿足核用彈簧 絲材的嚴格要求。
[0024] 2)本發明的絲材生產工藝簡單可控，易于實現，生產工序大大減少，生產效率提 高，并避免了酸洗工序對環境的污染。
[0025] 3)該方法可廣泛應用于難變形鎳基高溫合金絲材加工領域。
[0026] 4)采用本發明制備的鎳基高溫合金GH4145絲材直徑為3.0~6.5mm，尺寸精度為土 0.01mm，圓度為0.01~0.02mm，經時效處理后室溫力學性能滿足表1所示的要求，晶粒度為5 級或更細。
[0027]表1核電用GH4145絲材時效后的室溫力學性能技術指標要求
[0028]
【附圖說明】
[0029]圖1是實施例1的成品絲材圖。
[0030] 圖2是實施例1的絲材冷拉態晶粒組織圖。
[0031] 圖3是實施例2的成品絲材圖。
[0032] 圖4是實施例2的絲材冷拉態晶粒組織圖。
【具體實施方式】
[0033]以下結合具體實施例，進一步闡述本發明。需要指出的是，以下實施例僅用于說明 本發明，而不用于限定本發明的保護范圍。在實際應用中技術人員根據本發明作出的改進 和調整，或將本發明用于其它鎳基高溫合金(如GH4169)絲材的制備，仍屬于本發明的保護 范圍。
[0034] 實施例1
[0035] 一種核用鎳基高溫合金GH4145絲材的制備方法，成