CSTM-航空發(fā)動機轉動件用高純GH4169合金 第1部分 鍛制棒材編制說明

航空發(fā)動機轉動件用高純GH4169合金第1部分鍛制棒材HighPurityGH4169AlloyForAero-engineRotatingComponentsPart1ForgedBar編制說明CSTM標準編制工作組2021年11月25日航空發(fā)動機轉動件用高純GH4169合金第1部分鍛制棒材CSTM標準編制說明一、工作簡要過程1.1背景意義GH4169合金是我國產(chǎn)量最大、用途最廣、產(chǎn)品種類與規(guī)格最全的高溫合金，是我國大推力航空發(fā)動機的骨干高溫合金材料，在新型航空發(fā)動機中應用的GH4169合金零件總重量占核心機重量的60%，占發(fā)動機重量的30%以上，其中很多零件是發(fā)動機的核心關鍵部件-轉動件，因此，控制航空發(fā)動機轉動件用GH4169合金鍛制棒材的質量是至關重要的。為了更好的保證航空發(fā)動機的安全可靠應用，提高國產(chǎn)轉動件用GH4169合金的冶金質量水平是當務之急。為此，國家為高純凈GH4169合金棒材的工程化立項，項目目標是提升國產(chǎn)合金品質，最終實現(xiàn)進口替代。通過項目的攻關，進一步優(yōu)化了轉動件用GH4169合金鍛制棒材的冶煉、熱加工等加工工藝，試制的棒材無論從成分范圍控制精度、性能指標、晶粒度及探傷控制水平都得到了進一步的提高，這使得目前生產(chǎn)中引用的型號標準、技術協(xié)議已經(jīng)不能完全適用于轉動件用高純GH4169合金棒材的要求。本標準的制定，將國家項目的研究成果轉化成為產(chǎn)品標準，進一步提高對航空發(fā)動機轉動件用高純GH4169合金鍛制棒材的技術要求（包括：冶煉工藝、化學成分、性能、晶粒度、顯微組織及超聲波探傷），同時規(guī)范試驗方法、檢驗規(guī)則和包裝、標志及質量證明書，便于設計、生產(chǎn)、驗收的統(tǒng)一規(guī)范管理，更好地滿足國防建設對軍工產(chǎn)品的需要，實現(xiàn)進口替代。1.2來源2016年，國防科工局批復了軍用關鍵材料進口替代專項“高純凈度GH4169合金棒材與鍛件工程化研制”項目，2020年12月，本項目按照批復任務完成項目所有研制任務，并根據(jù)項目的研制攻關成果制定本標準。1.3主要參加單位和工作組成員本標準的主要參加單位和工作組成員來源于“高純凈度GH4169合金棒材與鍛件工程化研制”的研制團隊及高純GH4169合金棒材的研制、生產(chǎn)和應用單位及其科研技術人員組成。標準牽頭單位為鋼鐵研究總院，參加單位包括北京鋼研高納科技股份有限公司、撫順特殊鋼股份有限公司、寶武特種冶金有限責任公司、中國航發(fā)沈陽發(fā)動機設計研究所、中國航發(fā)北京航空材料研究院、中國航發(fā)沈陽黎明航空發(fā)動機有限責任公司、中國航發(fā)西安航空發(fā)動機有限公司。1.4主要工作流程2021年8月，標準起草單位鋼鐵研究總院撰寫標準草案。2021年9月，標準草案完成。2021年10月，標準草案通過立項審查，CSTM標準委員會批準立項。2021年11月，形成征求意見稿。2022年2月，計劃完成標準征求意見，形成意見匯總表，并對征求意見稿進行修改，形成標準送審稿。2022年4月，計劃召開本標準的審查會。2022年5月，計劃標準表決，報批，正式發(fā)布出版。二、標準化對象簡要情況及制修訂標準的原則2.1標準化對象簡要情況本標準規(guī)定了航空發(fā)動機轉動件用高純GH4169合金鍛制棒材的要求、質量保證規(guī)定和交貨準備等。本標準適用于直徑200mm~300mm的轉動件高純GH4169合金鍛制棒材(以下簡稱棒材）。國內高純GH4169合金鍛制棒材主要生產(chǎn)單位有撫順特殊鋼股份有限公司和寶武特種冶金有限責任公司等。鍛制棒材主要用于生產(chǎn)航空發(fā)動機高壓渦輪盤、低壓渦輪盤、渦輪前封嚴盤和壓氣機盤等。2.2標準編制原則標準編制遵循“統(tǒng)一性、協(xié)調性、適用性、一致性、規(guī)范性”的原則，盡可能與國外先進標準和型號標準接軌，注重標準的可操作性和在相關型號的適用性，本標準嚴格按照GB/T1.1-2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規(guī)則》的規(guī)定進行編寫和表述。三、與國內、外同類標準水平對比情況國內目前GH4169合金棒材的生產(chǎn)一般按照用戶提出的相應型號標準、企業(yè)標準和技術協(xié)議進行生產(chǎn)和驗收，但目前這些型號標準或協(xié)議已無法用于轉動件用GH4169合金鍛制棒材的生產(chǎn)和驗收。國內航空發(fā)動機用GH4169合金棒材主要包括合金標準和各類型號標準如下：(1)GB/T40303—2021，《GH4169合金棒材通用技術條件》，GH4169合金棒材的通用技術標準。(2)某型號標準XX10-0313-2004，《優(yōu)質GH4169合金鍛制棒材》，規(guī)定了XX10發(fā)動機用Φ100~Φ300優(yōu)質GH4169合金棒材，是本標準的基礎。(3)某型號標準XX10-0331-2004，《轉動件用優(yōu)質三次熔煉Inconel718合金鍛制棒材》，規(guī)定了轉動件用三次熔煉優(yōu)質Inconel718合金Φ180~Φ305棒材的標準，主要是針對進口棒材。(4)CJ1000A的型號標準MAS7000，《盤及轉動件用IN718合金棒坯》，規(guī)定了CJ1000A型號的棒材要求。由于技術保密，國外對航空發(fā)動機用GH4169合金的標準是封鎖的，僅可查到的一些AMS的國際宇航標準，但該類標準的技術指標控制范圍寬泛，不適合國內引用。本標準在XX10-0313的基礎上，結合國家課題的技術指標和攻關成果，特制定本標準，根據(jù)本標準的實際應用情況，制定型號標準并進行大規(guī)模應用。國內各標準的規(guī)定對比情況（1）主要化學成分：元素CMnSiSPCrMoCoNb課題指標0.012~0.036≤0.35≤0.35≤0.00100.007~0.01517.00~19.002.80~3.15≤1.05.20~5.5503310.012~0.036≤0.35≤0.35≤0.00100.007~0.01517.00~21.002.80~3.15≤1.05.20~5.557000D0.020~0.045≤0.20≤0.20≤0.00100.004~0.01517.00~21.002.80~3.30≤1.05.10~5.50(Nb+Ta)03130.015~0.060≤0.35≤0.35≤0.0020≤0.01517.00~21.002.80~3.30≤1.05.00~5.50元素AlTiFeNiBCuMgCaTa課題指標0.35~0.650.75~1.1516~19a52.00~55.00≤0.006≤0.30≤0.003≤0.005≤0.1003310.35~0.650.75~1.1516~19a52.00~55.00≤0.006≤0.30≤0.003≤0.005≤0.107000D0.30~0.700.75~1.10余50.00~55.000.002~0.006≤0.20≤0.003≤0.010≤0.5003130.30~0.700.75~1.15余50.00~55.00≤0.006≤0.30≤0.005≤0.005≤0.10（2）室溫拉伸性能對比棒材直徑mm直徑mm取樣方向拉伸性能σbMPaσ0.2MPaδ5%ψ%課題指標200~300橫向≥1230≥1020≥6≥8XX10254橫向≥1345≥1100≥12≥15254~305橫向≥1276≥1034≥10≥12MAS7000C—橫向≥1345≥1100≥12≥15XX10-0313-200480~125縱向≥1275≥1035≥6≥8125~200橫向≥1240≥1035≥6≥8200橫向≥1230≥1020≥6≥8(3)650℃拉伸性能對比棒材直徑mm直徑mm取樣方向拉伸性能σbMPaσ0.2MPaδ5%ψ%課題指標200~300橫向≥1000≥860≥12≥15Q/S10254橫向≥1080≥930≥12≥15254~305橫向≥1000≥862≥10≥12MAS7000C—橫向≥1100≥930≥12≥20Q/S10-0313-200480~125縱向≥1000≥860≥12≥15125~200橫向≥965≥860≥6≥8200橫向≥900≥800≥6≥8（4）晶粒度棒材直徑mm取樣部位晶粒大小課題指標200~300中心、1/2R、邊緣平均晶粒度6級或者更細，允許個別2級，外緣粗晶環(huán)不大于10mmQ/S10254中心、1/2R、邊緣6級或更細，允許被20%以上細晶包圍的個別3級254~305中心、1/2R、邊緣5級或更細，允許被20%以上細晶包圍的個別3級MAS7000C300中心、1/2R、邊緣6級或更細，允許存在不粗于ASTM2級的晶粒，但其在任何視場中不超過20%300中心、1/2R、邊緣5級或更細，允許存在不粗于ASTM2級的晶粒，但其在任何視場中不超過20%Q/S10-0313-200480~200中心、1/2R6級或者更細，允許個別3級；個別爐號出現(xiàn)5級，供需雙方協(xié)商200中心、1/2R4級或者更細，允許個別2級（5）探傷標準直徑參考平底孔/mm報警極限/mm不合格極限/mm振幅報告/mm課題指標200~3001.20.81.2(單個)、0.8（多個）Q/S1020.80.8—2541.20.81.20.8MAS7000C2541.20.80.8—2541.20.81.20.8Q/S102001.2200~3562.0四、標準主要內容4.1標準名稱本標準的中文名稱為“航空發(fā)動機轉動件用高純GH4169合金第1部分鍛制棒材”，英文名稱為“HighPurityGH4169AlloyForAero-engineRotatingComponentsPart1ForgedBar”。4.2標準內容標準中的主要技術主要技術要素及參數(shù)包括：冶煉工藝、化學成分、性能指標、晶粒度要求、顯微組織及超聲波探傷的控制（詳見征求意見稿），同時對試驗方法、檢驗規(guī)則和包裝、標志及質量證明書等方面都進行了規(guī)范。重點標準內容包括：1冶煉方式采用真空感應熔煉+電渣重熔+真空電弧重熔組成的三聯(lián)冶煉工藝生產(chǎn)。2高純GH4169化學成分規(guī)定的各元素含量范圍與現(xiàn)行型號標準規(guī)定明顯變窄：如C含量從0.015~0.06%縮小到0.012~0.036%，S含量從≤0.002%降低到≤0.001%，O含量從≤0.005%降低到≤0.0025%，Nb含量從5.00~5.50%縮小到5.20~5.55%，Ni含量從50~55%縮小到52~55%，Cr含量從17~21%縮小到17~19%，Mo含量從2.80~3.30%縮小到2.80~3.15%，Al含量也從0.30~0.70%縮小到0.35~0.65%。3各項力學性能指標與現(xiàn)行型號標準進行了提高：如650℃抗拉強度從900MPa提高到1000MPa，屈服強度從800MPa提高到860MPa，延伸率從不小于6%提高到不小于12%，斷面收縮率從不小于8%提高到不小于15%。晶粒度從ASTM4級或更細提升為ASTM6級或更細。超聲探傷要求從A級提升到AA級。4對棒材組織均勻性進行了進一步規(guī)定，本標準增加了粗晶環(huán)寬度不大于10mm的指標。五、主要試驗結果的分析統(tǒng)計分析了多批次轉動件用高純GH4169合金棒材的化學成分和力學性能分別如圖5-1和圖5-2所示。由圖可知轉動件用高純GH4169合金棒材的各項性能均滿足課題指標要求，制訂的標準對棒材性能指標具有較高適用性。（a）（b）（c）（d）（e）（f）（g）（h）（i）（j）（k）（l）圖5-1高純GH4169合金棒材化學成分分布統(tǒng)計（a）（b）（c）（d）（e）圖5-2高純GH4169合金棒材力