CSTM-航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)件用高純GH4169合金 第1部分 鍛制棒材編制說明

航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)件用高純GH4169合金第1部分鍛制棒材HighPurityGH4169AlloyForAero-engineRotatingComponentsPart1ForgedBar編制說明CSTM標(biāo)準(zhǔn)編制工作組2021年11月25日航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)件用高純GH4169合金第1部分鍛制棒材CSTM標(biāo)準(zhǔn)編制說明一、工作簡(jiǎn)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(dòng)機(jī)的骨干高溫合金材料，在新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)中應(yīng)用的GH4169合金零件總重量占核心機(jī)重量的60%，占發(fā)動(dòng)機(jī)重量的30%以上，其中很多零件是發(fā)動(dòng)機(jī)的核心關(guān)鍵部件-轉(zhuǎn)動(dòng)件，因此，控制航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)件用GH4169合金鍛制棒材的質(zhì)量是至關(guān)重要的。為了更好的保證航空發(fā)動(dòng)機(jī)的安全可靠應(yīng)用，提高國產(chǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)件用GH4169合金的冶金質(zhì)量水平是當(dāng)務(wù)之急。為此，國家為高純凈GH4169合金棒材的工程化立項(xiàng)，項(xiàng)目目標(biāo)是提升國產(chǎn)合金品質(zhì)，最終實(shí)現(xiàn)進(jìn)口替代。通過項(xiàng)目的攻關(guān)，進(jìn)一步優(yōu)化了轉(zhuǎn)動(dòng)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(biāo)、晶粒度及探傷控制水平都得到了進(jìn)一步的提高，這使得目前生產(chǎn)中引用的型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)協(xié)議已經(jīng)不能完全適用于轉(zhuǎn)動(dòng)件用高純GH4169合金棒材的要求。本標(biāo)準(zhǔn)的制定，將國家項(xiàng)目的研究成果轉(zhuǎn)化成為產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步提高對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)件用高純GH4169合金鍛制棒材的技術(shù)要求（包括：冶煉工藝、化學(xué)成分、性能、晶粒度、顯微組織及超聲波探傷），同時(shí)規(guī)范試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則和包裝、標(biāo)志及質(zhì)量證明書，便于設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、驗(yàn)收的統(tǒng)一規(guī)范管理，更好地滿足國防建設(shè)對(duì)軍工產(chǎn)品的需要，實(shí)現(xiàn)進(jìn)口替代。1.2來源2016年，國防科工局批復(fù)了軍用關(guān)鍵材料進(jìn)口替代專項(xiàng)“高純凈度GH4169合金棒材與鍛件工程化研制”項(xiàng)目，2020年12月，本項(xiàng)目按照批復(fù)任務(wù)完成項(xiàng)目所有研制任務(wù)，并根據(jù)項(xiàng)目的研制攻關(guān)成果制定本標(biāo)準(zhǔn)。1.3主要參加單位和工作組成員本標(biāo)準(zhǔn)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(tuán)隊(duì)及高純GH4169合金棒材的研制、生產(chǎn)和應(yīng)用單位及其科研技術(shù)人員組成。標(biāo)準(zhǔn)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(zé)任公司、中國航發(fā)沈陽發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)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(dòng)機(jī)有限責(zé)任公司、中國航發(fā)西安航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司。1.4主要工作流程2021年8月，標(biāo)準(zhǔn)起草單位鋼鐵研究總院撰寫標(biāo)準(zhǔn)草案。2021年9月，標(biāo)準(zhǔn)草案完成。2021年10月，標(biāo)準(zhǔn)草案通過立項(xiàng)審查，CSTM標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)批準(zhǔn)立項(xiàng)。2021年11月，形成征求意見稿。2022年2月，計(jì)劃完成標(biāo)準(zhǔn)征求意見，形成意見匯總表，并對(duì)征求意見稿進(jìn)行修改，形成標(biāo)準(zhǔn)送審稿。2022年4月，計(jì)劃召開本標(biāo)準(zhǔn)的審查會(huì)。2022年5月，計(jì)劃標(biāo)準(zhǔn)表決，報(bào)批，正式發(fā)布出版。二、標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)象簡(jiǎn)要情況及制修訂標(biāo)準(zhǔn)的原則2.1標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)象簡(jiǎn)要情況本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)件用高純GH4169合金鍛制棒材的要求、質(zhì)量保證規(guī)定和交貨準(zhǔn)備等。本標(biāo)準(zhǔn)適用于直徑200mm~300mm的轉(zhuǎn)動(dòng)件高純GH4169合金鍛制棒材(以下簡(jiǎn)稱棒材）。國內(nèi)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(zé)任公司等。鍛制棒材主要用于生產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)高壓渦輪盤、低壓渦輪盤、渦輪前封嚴(yán)盤和壓氣機(jī)盤等。2.2標(biāo)準(zhǔn)編制原則標(biāo)準(zhǔn)編制遵循“統(tǒng)一性、協(xié)調(diào)性、適用性、一致性、規(guī)范性”的原則，盡可能與國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)和型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)接軌，注重標(biāo)準(zhǔn)的可操作性和在相關(guān)型號(hào)的適用性，本標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格按照GB/T1.1-2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定進(jìn)行編寫和表述。三、與國內(nèi)、外同類標(biāo)準(zhǔn)水平對(duì)比情況國內(nèi)目前GH4169合金棒材的生產(chǎn)一般按照用戶提出的相應(yīng)型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)協(xié)議進(jìn)行生產(chǎn)和驗(yàn)收，但目前這些型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)或協(xié)議已無法用于轉(zhuǎn)動(dòng)件用GH4169合金鍛制棒材的生產(chǎn)和驗(yàn)收。國內(nèi)航空發(fā)動(dòng)機(jī)用GH4169合金棒材主要包括合金標(biāo)準(zhǔn)和各類型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)如下：(1)GB/T40303—2021，《GH4169合金棒材通用技術(shù)條件》，GH4169合金棒材的通用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。(2)某型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)XX10-0313-2004，《優(yōu)質(zhì)GH4169合金鍛制棒材》，規(guī)定了XX10發(fā)動(dòng)機(jī)用Φ100~Φ300優(yōu)質(zhì)GH4169合金棒材，是本標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)。(3)某型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)XX10-0331-2004，《轉(zhuǎn)動(dòng)件用優(yōu)質(zhì)三次熔煉Inconel718合金鍛制棒材》，規(guī)定了轉(zhuǎn)動(dòng)件用三次熔煉優(yōu)質(zhì)Inconel718合金Φ180~Φ305棒材的標(biāo)準(zhǔn)，主要是針對(duì)進(jìn)口棒材。(4)CJ1000A的型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)MAS7000，《盤及轉(zhuǎn)動(dòng)件用IN718合金棒坯》，規(guī)定了CJ1000A型號(hào)的棒材要求。由于技術(shù)保密，國外對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)用GH4169合金的標(biāo)準(zhǔn)是封鎖的，僅可查到的一些AMS的國際宇航標(biāo)準(zhǔn)，但該類標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)指標(biāo)控制范圍寬泛，不適合國內(nèi)引用。本標(biāo)準(zhǔn)在XX10-0313的基礎(chǔ)上，結(jié)合國家課題的技術(shù)指標(biāo)和攻關(guān)成果，特制定本標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)際應(yīng)用情況，制定型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)并進(jìn)行大規(guī)模應(yīng)用。國內(nèi)各標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定對(duì)比情況（1）主要化學(xué)成分：元素CMnSiSPCrMoCoNb課題指標(biāo)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(biāo)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(duì)比棒材直徑mm直徑mm取樣方向拉伸性能σbMPaσ0.2MPaδ5%ψ%課題指標(biāo)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(duì)比棒材直徑mm直徑mm取樣方向拉伸性能σbMPaσ0.2MPaδ5%ψ%課題指標(biāo)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(biāo)200~300中心、1/2R、邊緣平均晶粒度6級(jí)或者更細(xì)，允許個(gè)別2級(jí)，外緣粗晶環(huán)不大于10mmQ/S10254中心、1/2R、邊緣6級(jí)或更細(xì)，允許被20%以上細(xì)晶包圍的個(gè)別3級(jí)254~305中心、1/2R、邊緣5級(jí)或更細(xì)，允許被20%以上細(xì)晶包圍的個(gè)別3級(jí)MAS7000C300中心、1/2R、邊緣6級(jí)或更細(xì)，允許存在不粗于ASTM2級(jí)的晶粒，但其在任何視場(chǎng)中不超過20%300中心、1/2R、邊緣5級(jí)或更細(xì)，允許存在不粗于ASTM2級(jí)的晶粒，但其在任何視場(chǎng)中不超過20%Q/S10-0313-200480~200中心、1/2R6級(jí)或者更細(xì)，允許個(gè)別3級(jí)；個(gè)別爐號(hào)出現(xiàn)5級(jí)，供需雙方協(xié)商200中心、1/2R4級(jí)或者更細(xì)，允許個(gè)別2級(jí)（5）探傷標(biāo)準(zhǔn)直徑參考平底孔/mm報(bào)警極限/mm不合格極限/mm振幅報(bào)告/mm課題指標(biāo)200~3001.20.81.2(單個(gè))、0.8（多個(gè)）Q/S1020.80.8—2541.20.81.20.8MAS7000C2541.20.80.8—2541.20.81.20.8Q/S102001.2200~3562.0四、標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容4.1標(biāo)準(zhǔn)名稱本標(biāo)準(zhǔn)的中文名稱為“航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)中的主要技術(shù)主要技術(shù)要素及參數(shù)包括：冶煉工藝、化學(xué)成分、性能指標(biāo)、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(shí)對(duì)試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則和包裝、標(biāo)志及質(zhì)量證明書等方面都進(jìn)行了規(guī)范。重點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容包括：1冶煉方式采用真空感應(yīng)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(xué)成分規(guī)定的各元素含量范圍與現(xiàn)行型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)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(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)與現(xiàn)行型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了提高：如650℃抗拉強(qiáng)度從900MPa提高到1000MPa，屈服強(qiáng)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(jí)或更細(xì)提升為ASTM6級(jí)或更細(xì)。超聲探傷要求從A級(jí)提升到AA級(jí)。4對(duì)棒材組織均勻性進(jìn)行了進(jìn)一步規(guī)定，本標(biāo)準(zhǔn)增加了粗晶環(huán)寬度不大于10mm的指標(biāo)。五、主要試驗(yàn)結(jié)果的分析統(tǒng)計(jì)分析了多批次轉(zhuǎn)動(dòng)件用高純GH4169合金棒材的化學(xué)成分和力學(xué)性能分別如圖5-1和圖5-2所示。由圖可知轉(zhuǎn)動(dòng)件用高純GH4169合金棒材的各項(xiàng)性能均滿足課題指標(biāo)要求，制訂的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)棒材性能指標(biāo)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(xué)成分分布統(tǒng)計(jì)（a）（b）（c）（d）（e）圖5-2高純GH4169合金棒材力