一种GH4720Li合金锻件及其制备方法、燃气轮机与流程

一种gh4720li合金锻件及其制备方法、燃气轮机
技术领域
1.本发明涉及合金加工技术领域，具体而言，涉及一种gh4720li合金锻件及其制备方法、燃气轮机。

背景技术：

2.gh4720li合金常用来制备700～750℃条件下长期使用的航空发动机用涡锻件。现有技术中gh4720li合金的c含量为0.01％～0.02％，cr含量为15.5％～16.5％，锻件晶粒度达到8级或更细，具有较高的高温抗拉性能和疲劳性能。但是，对于燃气轮机用锻件而言，现有的制备方法已经不能满足gh4720li合金对高温持久性能的要求。
3.现有的gh4720li合金制备方法主要包括如下步骤：镦拔+径锻，或单向拔长进行棒材开坯；模锻完成锻件成形；热处理。
4.但是，该方法存在如下缺点：(1)晶界上形成m
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c6和m6c等碳化物，在晶界处形成贫cr区，降低晶界处的抗氧化性能，导致晶界强度降低。(2)cr含量偏低，锻件的抗850℃氧化性能有待提高。(3)锻件晶粒度达到8级或更细，850℃/300mpa持久寿命较低，无法满足燃气轮机使用要求。
5.有鉴于此，特提出本发明。

技术实现要素：

6.本发明的第一目的在于提供一种gh4720li合金锻件的制备方法，该方法能够显著提高gh4720li合金的高温持久性能，采用该方法制得的gh4720li合金锻件的晶粒度为2级～4级，室温抗拉强度≥1400mpa，650℃抗拉强度≥1280mpa，850℃/300mpa持久寿命≥100h。
7.本发明的第二目的在于提供一种gh4720li合金锻件。
8.本发明的第三目的在于提供一种燃气轮机。
9.为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
10.本发明提供了一种gh4720li合金锻件的制备方法，包括如下步骤：
11.(a)将gh4720li合金铸锭依次进行第一镦粗、第一拔长、第二镦粗和第二拔长，得到棒坯；
12.(b)所述棒坯于1160～1190℃保温4～10h后进行热连轧，得到轧制棒坯；
13.(c)将所述轧制棒坯进行自由锻，然后进行组织调控预处理，得到自由锻坯；
14.其中，所述组织调控预处理包括：于1160～1180℃保温4～6h，然后于1120～1140℃保温16～24h；
15.(d)将所述自由锻坯进行模锻，然后依次进行固溶处理和时效处理，得到gh4720li合金锻件；
16.所述gh4720li合金中，按质量百分比计，碳含量小于0.01％，铬含量为17.5％～19％。
17.在本发明的具体实施方式中，步骤(a)中，所述gh4720li合金铸锭于1200～1220℃保温40～60h后进行第一镦粗，得到第一坯料；优选地，所述第一镦粗的变形量为10％～40％；
18.优选地，所述第一坯料于1220℃保温4～8h后，随炉降温至1180～1200℃，保温30～50h后，进行第一拔长，得到第二坯料；更优选地，所述第一拔长的变形量20％～40％；
19.优选地，所述第二坯料于1200℃保温4～8h后，随炉降温至1160～1180℃，保温30～50h后，进行第二镦粗，得到第三坯料；更优选地，所述第二镦粗的变形量为10％～40％；
20.优选地，所述第三坯料于1180℃保温4～8h后，随炉降温至1140～1160℃，保温30～50h后，进行第二拔长，得到棒坯；更优选地，所述第二拔长的变形量为20％～40％。
21.在本发明的具体实施方式中，步骤(b)中，所述热连轧的变形量为10％～40％。
22.在本发明的具体实施方式中，步骤(c)中，所述轧制棒坯于1140～1180℃保温4～10h后进行所述自由锻；
23.优选地，所述自由锻的变形量为40％～60％；和/或，所述自由锻的下压速度为5～15mm/s；
24.优选地，所述轧制棒坯在加热之前，使用石棉和钢套进行硬包套处理；更优选地，所述石棉的厚度为8～15mm，所述钢套的厚度为2～3mm，所述轧制棒坯的直径为180～320mm。
25.在本发明的具体实施方式中，步骤(c)中，所述组织调控预处理具体包括：于1160～1180℃保温4～6h后，以5～8℃/min速度降温至1120～1140℃，保温16～24h后，以2～5℃/min速度降温至室温。
26.在本发明的具体实施方式中，步骤(d)中，所述自由锻坯于1140～1180℃保温4～10h后进行模锻；
27.优选地，所述模锻的变形量为20％～40％；和/或，所述模锻的下压速度为5～15mm/s；
28.优选地，所述自由锻坯在加热之前，使用石棉和钢套进行硬包套处理；更优选地，所述石棉的厚度为8～15mm，所述钢套的厚度为2～3mm，所述自由锻坯的直径为200～400mm；
29.优选地，在所述模锻之前，将模具进行预热；更优选地，所述预热至模具的温度不低于500℃。
30.在本发明的具体实施方式中，步骤(d)中，所述固溶处理包括：于1150～1170℃保温4～6h后空冷至室温，然后于1180～1200℃保温2～8h后空冷至室温。
31.在本发明的具体实施方式中，步骤(d)中，所述时效处理包括：于800～950℃保温处理8～24h后空冷至室温，然后于720～820℃保温处理8～24h后空冷至室温。
32.本发明还提供了一种gh4720li合金锻件，主要由如上所述的gh4720li合金锻件的制备方法制得；
33.优选地，所述gh4720li合金锻件的晶粒度为2级～4级；
34.优选地，所述gh4720li合金锻件的室温抗拉强度≥1400mpa，650℃抗拉强度≥1280mpa；
35.优选地，所述gh4720li合金锻件的850℃/300mpa持久寿命≥100h。
36.本发明还提供了一种燃气轮机，主要由如上所述的gh4720li合金锻件制得。
37.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
38.(1)本发明通过将gh4720li合金中的碳含量控制在小于0.01％，铬含量控制为17.5％～19％，并进行热连轧和组织调控预处理等手段，可制得晶粒度为2级～4级的gh4720li合金锻件，能够提高锻件的抗850℃氧化性能以及抗拉强度，显著提高gh4720li合金锻件的高温持久性能。
39.(2)本发明制得的gh4720li合金锻件的室温抗拉强度≥1400mpa，650℃抗拉强度≥1280mpa，850℃/300mpa持久寿命≥100h。
附图说明
40.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
41.图1为本发明实施例3提供的gh4720li合金锻件的金相组织图；
42.图2为本发明对比例6提供的gh4720li合金锻件的金相组织图。
具体实施方式
43.下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
44.第一方面，本发明提供了一种用于燃气轮机的gh4720li合金锻件的制备方法，包括如下步骤：
45.(a)将gh4720li合金铸锭依次进行第一镦粗、第一拔长、第二镦粗和第二拔长，得到棒坯。
46.(b)将步骤(a)中得到的所述棒坯于1160～1190℃(包括但不限于1165℃、1170℃、1175℃、1180℃、1185℃中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)保温4～10h(包括但不限于5h、6h、7h、8h、9h中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)后进行热连轧，得到轧制棒坯。
47.(c)将所述轧制棒坯进行自由锻，然后进行组织调控预处理，得到自由锻坯。
48.其中，所述组织调控预处理包括：于1160～1180℃(包括但不限于1165℃、1170℃、1175℃、1178℃中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)保温4～6h(包括但不限于4.5h、5h、5.5h中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)，然后于1120～1140℃(包括但不限于1123℃、1125℃、1128℃、1130℃、1133℃、1135℃、1138℃中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)保温16～24h(包括但不限于17h、18h、19h、20h、21h、22h、23h中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)。
49.(d)将所述自由锻坯进行模锻，然后依次进行固溶处理和时效处理，得到gh4720li合金锻件。
50.所述gh4720li合金中，按质量百分比计，碳含量小于0.01％，铬含量为17.5％～19％。
51.在本发明一些具体的实施方式中，按质量百分比计，碳的含量包括但不限于0.009％、0.008％、0.007％、0.006％、0.005％、0.004％、0.003％、0.002％、0.001％、0.0001％中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值；铬的含量包括但不限于17.6％、17.7％、17.8％、17.9％、18.0％、18.1％、18.2％、18.3％、18.4％、18.5％、18.6％、18.7％、18.9％中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。
52.本发明通过将gh4720li合金中的碳含量控制在小于0.01％，铬含量控制为17.5％～19％，并进行热连轧和组织调控预处理等手段，可制得晶粒度为2级～4级的gh4720li合金锻件，能够提高锻件的抗850℃氧化性能以及抗拉强度，显著提高gh4720li合金锻件的高温持久性能。
53.采用该制备方法制得的gh4720li合金锻件可用于制得燃气轮机，解决了现有技术中不能满足gh4720li合金对高温持久性能的要求、晶界强度低以及抗850℃氧化性能差的问题。
54.具体地，通过将gh4720li合金中的碳含量控制在小于0.01％，减少晶界上m
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c6和m6c碳化物数量，抑制贫cr区形成，提高晶界抗氧化性能，进而提高晶界强度；通过将合金中铬含量控制在17.5％～19％，提高锻件抗高温氧化性能；通过将棒坯于1160～1190℃保温4～10h后进行热连轧，缩短热轧时间，减少温降，抑制棒坯边缘粗晶组织形成，从而提高轧制棒坯组织均匀性；通过对经过自由锻后的锻坯于1160～1180℃保温4～6h，然后于1120～1140℃保温16～24h进行组织调控预处理，使锻坯组织发生完全动态再结晶，提升锻坯塑性，从而提高锻坯热加工性能，降低后续模锻开裂倾向。
55.在本发明一些具体的实施方式中，所述gh4720li合金的成分按质量百分比计包括：碳《0.01％，铬17.5％～19％，锆0.025％～0.05％，钼2.75～3.25％，钨1.0％～1.5％，钴14％～15.5％，铁≤0.5％，铝2.25％～2.75％，钛4.75％～5.25％，磷≤0.015％，硼0.01％～0.02％，铜≤0.1％，硅≤0.2％，锰≤0.15％，硫≤0.002％，余量为镍。
56.在本发明的具体实施方式中，步骤(a)中，所述gh4720li合金铸锭于300℃入炉，以10℃/min速度升温至1200～1220℃(包括但不限于1203℃、1205℃、1208℃、1210℃、1212℃、1215℃、1218℃中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)，保温40～60h(包括但不限于42h、45h、47h、50h、53h、55h、58h中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)后进行第一镦粗，得到第一坯料。
57.优选地，所述第一镦粗的变形量为10％～40％；包括但不限于15％、20％、25％、30％、35％中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。
58.优选地，所述第一坯料回炉于1220℃保温4～8h(包括但不限于5h、6h、7h中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)后，随炉降温至1180～1200℃(包括但不限于1183℃、1185℃、1188℃、1190℃、1193℃、1195℃、1198℃中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)，保温30～50h(包括但不限于32h、35h、37h、40h、43h、45h、48h中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)后，进行第一拔长，得到第二坯料。
59.更优选地，所述第一拔长的变形量20％～40％；包括但不限于23％、25％、28％、30％、32％、35％、38％中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。
60.优选地，所述第二坯料回炉于1200℃保温4～8h(包括但不限于5h、6h、7h中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)后，随炉降温至1160～1180℃(包括但不限于1163℃、1165℃、1168℃、1170℃、1173℃、1175℃、1178℃中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)，保温30～50h(包括但不限于32h、35h、37h、40h、43h、45h、48h中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)后，进行第二镦粗，得到第三坯料。
61.更优选地，所述第二镦粗的变形量为10％～40％；包括但不限于15％、20％、25％、30％、35％中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。
62.优选地，所述第三坯料回炉于1180℃保温4～8h(包括但不限于5h、6h、7h中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)后，随炉降温至1140～1160℃(包括但不限于1143℃、1145℃、1148℃、1150℃、1153℃、1155℃、1158℃中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)，保温30～50h(包括但不限于32h、35h、37h、40h、43h、45h、48h中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)后，进行第二拔长，得到棒坯。
63.更优选地，所述第二拔长的变形量为20％～40％，包括但不限于23％、25％、28％、30％、32％、35％、38％中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。
64.在本发明一些优选的实施方式中，所述第二拔长的终锻温度不低于1100℃。
65.多阶段高温均匀化与镦粗、拔长变形协同控制完成棒材开坯，有利于提高铸锭树枝晶的破碎效率，同时，形成的等轴晶晶界为偏析元素扩散提供更多的通道，提高消除偏析效果。
66.在本发明的具体实施方式中，步骤(b)中，所述热连轧的变形量为10％～40％，包括但不限于15％、20％、25％、30％、35％中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。
67.在本发明一些优选的实施方式中，采用热连轧机组进行所述热连轧。
68.在本发明一些优选的实施方式中，所述热连轧的终轧温度不低于1100℃。
69.在本发明的具体实施方式中，步骤(c)中，所述轧制棒坯于1140～1180℃(包括但不限于1145℃、1150℃、1155℃、1160℃、1165℃、1170℃、1175℃中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)保温4～10h(包括但不限于5h、6h、7h、8h、9h中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)后进行所述自由锻。
70.优选地，所述自由锻的变形量为40％～60％；包括但不限于43％、45％、48％、50％、52％、55％、58％中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。和/或，所述自由锻的下压速度为5～15mm/s；包括但不限于6mm/s、7mm/s、8mm/s、9mm/s、10mm/s、11mm/s、12mm/s、13mm/s、14mm/s中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。
71.在本发明一些优选的实施方式中，采用30000～80000t锻压机进行所述自由锻。
72.在本发明一些优选的实施方式中，所述自由锻的终锻温度不低于1100℃。
73.优选地，所述轧制棒坯在加热之前，使用石棉和钢套进行硬包套处理；更优选地，所述石棉的厚度为8～15mm，所述钢套的厚度为2～3mm，所述轧制棒坯的直径为180～320mm。
74.在本发明一些具体的实施方式中，所述石棉的厚度包括但不限于9mm、10mm、11mm、12mm、13mm、14mm中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值；所述钢套的厚度包括但不
限于2.1mm、2.3mm、2.5mm、2.7mm、2.9mm中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值；所述轧制棒坯的直径包括但不限于190mm、200mm、220mm、240mm、250mm、270mm、290mm、300mm中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。
75.在本发明的具体实施方式中，步骤(c)中，所述组织调控预处理具体包括：于1160～1180℃(包括但不限于1162℃、1165℃、1168℃、1170℃、1173℃、1175℃、1178℃中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)保温4～6h(包括但不限于4.5h、5h、5.5h中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)后，以5～8℃/min速度(包括但不限于5.5℃/min、6℃/min、6.5℃/min、7℃/min、7.5℃/min中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)降温至1120～1140℃(包括但不限于1122℃、1125℃、1128℃、1130℃、1133℃、1135℃、1138℃中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)，保温16～24h(包括但不限于17h、18h、19h、20h、21h、22h、23h中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)后，以2～5℃/min速度(包括但不限于2.5℃/min、3℃/min、3.5℃/min、4℃/min、4.5℃/min中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)空冷降温至室温。
76.在本发明的具体实施方式中，步骤(d)中，所述自由锻坯于1140～1180℃(包括但不限于1142℃、1145℃、1150℃、1155℃、1160℃、1165℃、1170℃、1175℃、1178℃中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)保温4～10h(包括但不限于5h、6h、7h、8h、9h中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)后进行模锻。
77.优选地，所述模锻的变形量为20％～40％；包括但不限于23％、25％、28％、30％、32％、35％、38％中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。
78.和/或，所述模锻的下压速度为5～15mm/s；包括但不限于6mm/s、7mm/s、8mm/s、9mm/s、10mm/s、11mm/s、12mm/s、13mm/s、14mm/s中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。
79.在本发明一些优选的实施方式中，采用30000～80000t锻压机进行所述模锻。
80.在本发明一些优选的实施方式中，所述模锻的终锻温度不低于1100℃。
81.优选地，所述自由锻坯在加热之前，使用石棉和钢套进行硬包套处理；更优选地，所述石棉的厚度为8～15mm，所述钢套的厚度为2～3mm，所述自由锻坯的直径为200～400mm。
82.在本发明一些具体的实施方式中，所述石棉的厚度包括但不限于9mm、10mm、11mm、12mm、13mm、14mm中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值；所述钢套的厚度包括但不限于2.1mm、2.3mm、2.5mm、2.7mm、2.9mm中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值；所述自由锻坯的直径包括但不限于220mm、250mm、270mm、300mm、330mm、350mm、380mm中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。
83.优选地，在所述模锻之前，将模具进行预热；更优选地，所述预热至模具的温度不低于500℃，包括但不限于600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃、1100℃中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。
84.本发明通过采用特定的模锻参数，可以保证锻件通过动态再结晶获得合适的晶粒度，而且确保锻件晶粒组织均匀。
85.在本发明的具体实施方式中，步骤(d)中，所述固溶处理包括：于1150～1170℃(包括但不限于1152℃、1155℃、1158℃、1160℃、1163℃、1165℃、1168℃中的任意一者的点值
或任意两者之间的范围值)保温4～6h(包括但不限于4.5h、5h、5.5h中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)后空冷至室温，然后于1180～1200℃(包括但不限于1182℃、1185℃、1188℃、1190℃、1193℃、1195℃、1198℃中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)保温2～8h(包括但不限于3h、4h、5h、6h、7h中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)后空冷至室温。
86.在本发明一些具体的实施方式中，所述固溶处理具体包括：在500～600℃装炉，以10℃/min速度升温至1150～1170℃，保温4～6h后空冷至室温；然后在500～700℃装炉，以10℃/min速度升温至1180～1200℃，保温2～8h后空冷至室温。
87.本发明通过采用特定的固溶处理参数，可以调控锻件晶粒度，而且能够提高基体合金元素饱和度，提高后续时效处理效果。
88.在本发明的具体实施方式中，步骤(d)中，所述时效处理包括：于800～950℃(包括但不限于820℃、850℃、880℃、900℃、920℃、940℃中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)保温处理8～24h(包括但不限于9h、10h、12h、14h、16h、18h、20h、22h中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)后空冷至室温，然后于720～820℃(包括但不限于730℃、740℃、750℃、760℃、770℃、780℃、790℃、800℃、810℃中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)保温处理8～24h(包括但不限于9h、10h、12h、14h、16h、18h、20h、22h中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)后空冷至室温。
89.在本发明一些具体的实施方式中，所述时效处理具体包括：在300～400℃装炉，以10℃/min速度升温至800～950℃，保温8～24h后，空冷至室温；然后在300～400℃装炉，以10℃/min速度升温至720～820℃，保温8～24h后，空冷至室温。
90.本发明通过采用特定的时效处理参数，可以有效调控γ
′
相数量、形貌、尺寸，进而确保锻件具有合格的强度。
91.在本发明一些具体的实施方式中，所述gh4720li合金铸锭通过三联冶炼制得。所述三联冶炼包括真空感应、电渣重熔和真空自耗熔炼。其中，三联冶炼的参数可采用现有任意的、常规的gh4720li合金的冶炼参数。
92.在本发明一些具体的实施方式中，所述gh4720li合金铸锭的尺寸为φ508mm。
93.第二方面，本发明提供了一种gh4720li合金锻件，主要由如上所述的gh4720li合金锻件的制备方法制得。
94.优选地，所述gh4720li合金锻件的晶粒度为2级～4级；包括但不限于2级、3级、4级中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。
95.优选地，所述gh4720li合金锻件的室温抗拉强度≥1400mpa，包括但不限于1410mpa、1420mpa、1430mpa、1440mpa、1445mpa、1450mpa、1460mpa、1470mpa、1480mpa、1490mpa、1500mpa中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。
96.所述gh4720li合金锻件的650℃抗拉强度≥1280mpa；包括但不限于1285mpa、1290mpa、1295mpa、1300mpa、1310mpa、1320mpa、1330mpa、1350mpa中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。
97.优选地，所述gh4720li合金锻件的850℃/300mpa持久寿命≥100h，包括但不限于110h、120h、130h、140h、150h中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。
98.第三方面，本发明提供了一种燃气轮机，主要由如上所述的gh4720li合金锻件制
得。
99.本发明制得的gh4720li合金锻件具有较好的高温持久性能，可用于制得燃气轮机。
100.下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
101.实施例1
102.本实施例提供的gh4720li合金锻件的制备方法包括如下步骤：
103.(1)通过三联工艺(真空感应、电渣重熔和真空自耗熔炼)冶炼得到尺寸为φ508mm的gh4720li合金铸锭。
104.其中，gh4720li合金的成分按质量百分比计包括：碳0.0095％，铬19％，锆0.05％，钼3.25％，钨1.5％，钴15.5％，铁0.5％，铝2.75％，钛5.25％，磷0.015％，硼0.02％，铜0.1％，硅0.2％，锰0.15％，硫0.002％，余量为镍。
105.(2)多阶段高温均匀化与镦粗、拔长变形协同控制完成棒材开坯：
106.将步骤(1)得到的gh4720li合金铸锭在300℃入炉，以10℃/min速度升温至1220℃，保温60h后，进行第一镦粗，得到第一坯料；其中，第一镦粗的变形量为40％。
107.将所述第一坯料回炉在1220℃保温8h后，随炉降温至1200℃，保温50h后，进行第一拔长，得到第二坯料；其中，第一拔长的变形量40％。
108.所述第二坯料回炉在1200℃保温8h后，随炉降温至1180℃，保温50h后，进行第二镦粗，得到第三坯料；其中，第二镦粗的变形量为40％。
109.所述第三坯料回炉在1180℃保温8h后，随炉降温至1160℃，保温50h后，进行第二拔长，得到棒坯；其中，第二拔长的变形量为40％，终锻温度不低于1100℃。
110.(3)将步骤(2)得到的棒坯在1190℃保温10h后，利用热连轧机组进行热连轧，得到轧制棒坯；其中，热连轧的变形量为40％，终轧温度不低于1100℃。
111.(4)将步骤(3)得到的轧制棒坯在1180℃保温10h后，利用80000t锻压机进行自由锻，自由锻的变形量60％，下压速度为15mm/s，终锻温度不低于1100℃，轧制棒坯再加热前使用石棉和钢套进行硬包套处理，石棉的厚度15mm，钢套的厚度3mm，轧制棒坯的直径320mm。
112.(5)将步骤(4)得到的经过自由锻的锻坯，进行组织调控预处理，得到自由锻坯。其中，所述组织调控预处理具体包括：于1180℃保温6h后，以8℃/min速度降温至1140℃，保温24h后，以5℃/min速度降温至室温。
113.(6)将步骤(5)得到的自由锻坯在1180℃(模锻温度)保温10h后，利用80000t锻压机进行模锻，其中，模锻的变形量为40％，下压速度15mm/s，终锻温度不低于1100℃，自由锻坯在加热前使用石棉和钢套进行硬包套处理，模具锻前预热使模具温度不低于500℃，石棉的厚度为15mm，钢套的厚度为3mm，自由锻坯的直径为320mm。
114.(7)将步骤(6)得到的经过模锻的锻坯进行固溶处理。其中，所述固溶处理具体包括：在600℃装炉，以10℃/min速度升温至1170℃(第一固溶温度)，保温6h后空冷至室温；然后在700℃装炉，以10℃/min速度升温至1200℃(第二固溶温度)，保温8h后空冷至室温。
115.(8)将步骤(7)得到的经过模锻的锻坯进行时效处理，得到gh4720li合金锻件。其中，所述时效处理具体包括：在400℃装炉，以10℃/min速度升温至950℃(第一时效温度)，保温24h后，空冷至室温；然后在400℃装炉，以10℃/min速度升温至820℃(第二时效温度)，保温24h后，空冷至室温。
116.实施例2
117.(1)通过三联工艺(真空感应、电渣重熔和真空自耗熔炼)冶炼得到尺寸为φ508mm的gh4720li合金铸锭。
118.其中，gh4720li合金的成分按质量百分比计包括：碳0.005％，铬17.5％，锆0.025％，钼2.75％，钨1.0％，钴14％，铁0.1％，铝2.25％，钛4.75％，磷0.005％，硼0.01％，铜0.01％，硅0.05％，锰0.05％，硫0.0005％，余量为镍。
119.(2)多阶段高温均匀化与镦粗、拔长变形协同控制完成棒材开坯：
120.将步骤(1)得到的gh4720li合金铸锭在300℃入炉，以10℃/min速度升温至1200℃，保温40h后，进行第一镦粗，得到第一坯料；其中，第一镦粗的变形量为10％。
121.将所述第一坯料回炉在1220℃保温4h后，随炉降温至1180℃，保温30h后，进行第一拔长，得到第二坯料；其中，第一拔长的变形量20％。
122.所述第二坯料回炉在1200℃保温4h后，随炉降温至1160℃，保温30h后，进行第二镦粗，得到第三坯料；其中，第二镦粗的变形量为10％。
123.所述第三坯料回炉在1180℃保温4h后，随炉降温至1140℃，保温30h后，进行第二拔长，得到棒坯；其中，第二拔长的变形量为20％，终锻温度不低于1100℃。
124.(3)将步骤(2)得到的棒坯在1160℃保温4h后，利用热连轧机组进行热连轧，得到轧制棒坯；其中，热连轧的变形量为10％，终轧温度不低于1100℃。
125.(4)将步骤(3)得到的轧制棒坯在1140℃保温4h后，利用30000t锻压机进行自由锻，自由锻的变形量40％，下压速度为5mm/s，终锻温度不低于1100℃，轧制棒坯再加热前使用石棉和钢套进行硬包套处理，石棉的厚度8mm，钢套的厚度2mm，轧制棒坯的直径180mm。
126.(5)将步骤(4)得到的经过自由锻的锻坯，进行组织调控预处理，得到自由锻坯。其中，所述组织调控预处理具体包括：于1160℃保温4h后，以5℃/min速度降温至1120℃，保温16h后，以2℃/min速度降温至室温。
127.(6)将步骤(5)得到的自由锻坯在1140℃保温4h后，利用30000t锻压机进行模锻，其中，模锻的变形量为20％，下压速度5mm/s，终锻温度不低于1100℃，自由锻坯在加热前使用石棉和钢套进行硬包套处理，模具锻前预热使模具温度不低于500℃，石棉的厚度为8mm，钢套的厚度为2mm，自由锻坯的直径为180mm。
128.(7)将步骤(6)得到的经过模锻的锻坯进行固溶处理。其中，所述固溶处理具体包括：在500℃装炉，以10℃/min速度升温至1150℃，保温4h后空冷至室温；然后在500℃装炉，以10℃/min速度升温至1180℃，保温2h后空冷至室温。
129.(8)将步骤(7)得到的经过模锻的锻坯进行时效处理，得到gh4720li合金锻件。其中，所述时效处理具体包括：在300℃装炉，以10℃/min速度升温至800℃，保温8h后，空冷至室温；然后在300℃装炉，以10℃/min速度升温至720℃，保温8h后，空冷至室温。
130.实施例3
131.(1)通过三联工艺(真空感应、电渣重熔和真空自耗熔炼)冶炼得到尺寸为φ508mm
的gh4720li合金铸锭。
132.其中，gh4720li合金的成分按质量百分比计包括：碳0.007％，铬18％，锆0.04％，钼3％，钨1.25％，钴15％，铁0.3％，铝2.5％，钛5％，磷0.01％，硼0.015％，铜0.05％，硅0.1％，锰0.1％，硫0.001％，余量为镍。
133.(2)多阶段高温均匀化与镦粗、拔长变形协同控制完成棒材开坯：
134.将步骤(1)得到的gh4720li合金铸锭在300℃入炉，以10℃/min速度升温至1210℃，保温50h后，进行第一镦粗，得到第一坯料；其中，第一镦粗的变形量为25％。
135.将所述第一坯料回炉在1220℃保温6h后，随炉降温至1190℃，保温40h后，进行第一拔长，得到第二坯料；其中，第一拔长的变形量30％。
136.所述第二坯料回炉在1200℃保温6h后，随炉降温至1170℃，保温40h后，进行第二镦粗，得到第三坯料；其中，第二镦粗的变形量为25％。
137.所述第三坯料回炉在1180℃保温6h后，随炉降温至1150℃，保温40h后，进行第二拔长，得到棒坯；其中，第二拔长的变形量为30％，终锻温度不低于1100℃。
138.(3)将步骤(2)得到的棒坯在1175℃保温7h后，利用热连轧机组进行热连轧，得到轧制棒坯；其中，热连轧的变形量为25％，终轧温度不低于1100℃。
139.(4)将步骤(3)得到的轧制棒坯在1160℃保温7h后，利用60000t锻压机进行自由锻，自由锻的变形量50％，下压速度为10mm/s，终锻温度不低于1100℃，轧制棒坯再加热前使用石棉和钢套进行硬包套处理，石棉的厚度12mm，钢套的厚度2.5mm，轧制棒坯的直径250mm。
140.(5)将步骤(4)得到的经过自由锻的锻坯，进行组织调控预处理，得到自由锻坯。其中，所述组织调控预处理具体包括：于1170℃保温5h后，以6.5℃/min速度降温至1130℃，保温20h后，以3.5℃/min速度降温至室温。
141.(6)将步骤(5)得到的自由锻坯在1160℃保温7h后，利用60000t锻压机进行模锻，其中，模锻的变形量为30％，下压速度10mm/s，终锻温度不低于1100℃，自由锻坯在加热前使用石棉和钢套进行硬包套处理，模具锻前预热使模具温度不低于500℃，石棉的厚度为12mm，钢套的厚度为2.5mm，自由锻坯的直径为250mm。
142.(7)将步骤(6)得到的经过模锻的锻坯进行固溶处理。其中，所述固溶处理具体包括：在550℃装炉，以10℃/min速度升温至1160℃，保温5h后空冷至室温；然后在600℃装炉，以10℃/min速度升温至1190℃，保温5h后空冷至室温。
143.(8)将步骤(7)得到的经过模锻的锻坯进行时效处理，得到gh4720li合金锻件。其中，所述时效处理具体包括：在350℃装炉，以10℃/min速度升温至900℃，保温16h后，空冷至室温；然后在350℃装炉，以10℃/min速度升温至770℃，保温16h后，空冷至室温。
144.对比例1
145.本对比例提供的gh4720li合金锻件的制备方法与实施例3基本相同，区别仅在于，将步骤(7)中的第一固溶温度替换为1140℃，并将第二固溶温度替换为1150℃。
146.对比例2
147.本对比例提供的gh4720li合金锻件的制备方法与实施例3基本相同，区别仅在于，将步骤(8)中的第一时效温度替换为780℃，并将第二时效温度替换为700℃。
148.对比例3
149.本对比例提供的gh4720li合金锻件的制备方法与实施例3基本相同，区别仅在于，将步骤(6)中的模锻的温度替换为1130℃，并将终锻温度替换为不低于950℃。
150.对比例4
151.本对比例提供的gh4720li合金锻件的制备方法与实施例3基本相同，区别仅在于，不设置步骤(5)-组织调控预处理，即，将步骤(4)得到的经过自由锻的锻坯直接进行模锻。
152.对比例5
153.本对比例提供的gh4720li合金锻件的制备方法与实施例3基本相同，区别仅在于，步骤(5)中的组织调控预处理的工艺参数不同。
154.本对比例5的步骤(5)中的组织调控预处理的工艺参数如下：于1140℃保温6h后，以8℃/min速度降温至1100℃，保温24h后，以5℃/min速度降温至室温。
155.对比例6
156.本对比例提供的gh4720li合金锻件的制备方法与实施例3基本相同，区别仅在于，不设置步骤(3)-热连轧，即，将步骤(2)得到的棒坯直接进行自由锻。
157.对比例7
158.本对比例提供的gh4720li合金锻件的制备方法与实施例3基本相同，区别仅在于，步骤(2)中的镦粗、拔长的工艺不同。
159.本对比例7的步骤(2)中的镦粗、拔长的工艺如下：将步骤(1)得到的gh4720li合金铸锭在300℃入炉，以10℃/min速度升温至1180℃，保温50h后，进行镦粗，使变形量为40％。然后回炉在1180℃保温8h后，随炉降温至1160℃，保温50h后，进行拔长，使拔长的变形量为40％，终锻温度不低于1100℃。
160.对比例8
161.本对比例提供的gh4720li合金锻件的制备方法与实施例3基本相同，区别仅在于，将步骤(1)中的碳的质量百分比替换为0.01％，并将铬的质量百分比替换为16.5％。
162.实验例
163.对以上各实施例和各对比例制得的gh4720li合金锻件的室温抗拉强度、650℃抗拉强度、850℃/300mpa持久寿命以及晶粒度进行检测，分别参考astm e8金属材料拉伸试验的标准测试方法、astm e21金属材料高温拉伸试验的标准测试方法、astm e139金属材料的蠕变、蠕变断裂和持久试验的标准测定方法以及astm e112平均晶粒度的标准测定方法，检测结果如下表1所示。
164.表1各组gh4720li合金锻件的性能测试结果
[0165][0166]
通过表1可知，本发明通过调整碳和铬的含量，并改进加工工艺，可显著提高gh4720li合金的高温持久性能，采用该方法制得的gh4720li合金锻件的晶粒度为2级～4级，室温抗拉强度≥1400mpa，650℃抗拉强度≥1280mpa，850℃/300mpa持久寿命≥100h。
[0167]
同时，实施例3制得的gh4720li合金锻件的金相组织图如图1所示，对比例6的金相组织图如图2所示。
[0168]
可以发现，本发明实施例3制得锻件的晶粒度可以达到4级，进而使锻件获得最佳的力学性能。
[0169]
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；本领域的普通技术人员应当理解：在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围；因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些替换和修改。

技术特征：

1.一种gh4720li合金锻件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(a)将gh4720li合金铸锭依次进行第一镦粗、第一拔长、第二镦粗和第二拔长，得到棒坯；(b)所述棒坯于1160～1190℃保温4～10h后进行热连轧，得到轧制棒坯；(c)将所述轧制棒坯进行自由锻，然后进行组织调控预处理，得到自由锻坯；其中，所述组织调控预处理包括：于1160～1180℃保温4～6h，然后于1120～1140℃保温16～24h；(d)将所述自由锻坯进行模锻，然后依次进行固溶处理和时效处理，得到gh4720li合金锻件；所述gh4720li合金中，按质量百分比计，碳含量小于0.01％，铬含量为17.5％～19％。2.根据权利要求1所述的gh4720li合金锻件的制备方法，其特征在于，步骤(a)中，所述gh4720li合金铸锭于1200～1220℃保温40～60h后进行第一镦粗，得到第一坯料；优选地，所述第一镦粗的变形量为10％～40％；优选地，所述第一坯料于1220℃保温4～8h后，随炉降温至1180～1200℃，保温30～50h后，进行第一拔长，得到第二坯料；更优选地，所述第一拔长的变形量20％～40％；优选地，所述第二坯料于1200℃保温4～8h后，随炉降温至1160～1180℃，保温30～50h后，进行第二镦粗，得到第三坯料；更优选地，所述第二镦粗的变形量为10％～40％；优选地，所述第三坯料于1180℃保温4～8h后，随炉降温至1140～1160℃，保温30～50h后，进行第二拔长，得到棒坯；更优选地，所述第二拔长的变形量为20％～40％。3.根据权利要求1所述的gh4720li合金锻件的制备方法，其特征在于，步骤(b)中，所述热连轧的变形量为10％～40％。4.根据权利要求1所述的gh4720li合金锻件的制备方法，其特征在于，步骤(c)中，所述轧制棒坯于1140～1180℃保温4～10h后进行所述自由锻；优选地，所述自由锻的变形量为40％～60％；和/或，所述自由锻的下压速度为5～15mm/s；优选地，所述轧制棒坯在加热之前，使用石棉和钢套进行硬包套处理；更优选地，所述石棉的厚度为8～15mm，所述钢套的厚度为2～3mm，所述轧制棒坯的直径为180～320mm。5.根据权利要求1所述的gh4720li合金锻件的制备方法，其特征在于，步骤(c)中，所述组织调控预处理具体包括：于1160～1180℃保温4～6h后，以5～8℃/min速度降温至1120～1140℃，保温16～24h后，以2～5℃/min速度降温至室温。6.根据权利要求1所述的gh4720li合金锻件的制备方法，其特征在于，步骤(d)中，所述自由锻坯于1140～1180℃保温4～10h后进行模锻；优选地，所述模锻的变形量为20％～40％；和/或，所述模锻的下压速度为5～15mm/s；优选地，所述自由锻坯在加热之前，使用石棉和钢套进行硬包套处理；更优选地，所述石棉的厚度为8～15mm，所述钢套的厚度为2～3mm，所述自由锻坯的直径为200～400mm；优选地，在所述模锻之前，将模具进行预热；更优选地，所述预热至模具的温度不低于500℃。7.根据权利要求1所述的gh4720li合金锻件的制备方法，其特征在于，步骤(d)中，所述固溶处理包括：于1150～1170℃保温4～6h后空冷至室温，然后于1180～1200℃保温2～8h
后空冷至室温。8.根据权利要求1所述的gh4720li合金锻件的制备方法，其特征在于，步骤(d)中，所述时效处理包括：于800～950℃保温处理8～24h后空冷至室温，然后于720～820℃保温处理8～24h后空冷至室温。9.一种gh4720li合金锻件，其特征在于，主要由权利要求1～8任一项所述的gh4720li合金锻件的制备方法制得；优选地，所述gh4720li合金锻件的晶粒度为2级～4级；优选地，所述gh4720li合金锻件的室温抗拉强度≥1400mpa，650℃抗拉强度≥1280mpa；优选地，所述gh4720li合金锻件的850℃/300mpa持久寿命≥100h。10.一种燃气轮机，其特征在于，主要由权利要求9所述的gh4720li合金锻件制得。

技术总结

本发明涉及合金加工技术领域，具体而言，涉及一种GH4720Li合金锻件及其制备方法、燃气轮机。制备方法包括：将GH4720Li合金铸锭依次进行第一镦粗、第一拔长、第二镦粗和第二拔长，然后于1160～1190℃保温4～10h进行热连轧后，进行自由锻，然后进行组织调控预处理，得到自由锻坯；自由锻坯进行模锻后依次进行固溶处理和时效处理；GH4720Li合金中，碳含量小于0.01％，铬含量为17.5％～19％。该方法可以提高锻件的高温持久性能，采用该方法制得的锻件的晶粒度为2级～4级，室温抗拉强度≥1400MPa，650℃抗拉强度≥1280MPa，850℃/300MPa持久寿命≥100h。命≥100h。命≥100h。