CN104152827A - 一种冷轧态镍铁基高温合金晶界强化的热处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种冷轧态镍铁基高温合金晶界强化的热处理工艺，包括以下三个步骤：1)在0.84～0.87Tm(Tm为合金材料的热力学熔点温度)进行固溶处理0.75～1.5小时，然后将镍铁基高温合金试样出炉，进行空冷至室温；2)在M23C6型碳化物固溶温度以下30～60℃保温1～2小时，然后将镍铁基高温合金试样出炉，进行空冷至室温；3)在γ'相固溶温度以下150～200℃保温8～20小时，然后将镍铁基高温合金试样出炉，进行空冷至室温。通过本发明热处理工艺获得的镍铁基高温合金在晶界连续、均匀分布有M23C6型碳化物，在晶内均匀分布有强化相γ′，且合金在高温条件下持久性能好，显微硬度较高，具有较高的抗拉强度。

Description

一种冷轧态镍铁基高温合金晶界强化的热处理工艺
【技术领域】
本发明属于电站高温合金材料领域，具体为一种具有γ/γ′双相组织的冷轧态镍铁基高温合金晶界强化的热处理工艺。
【背景技术】
随着电力技术的发展，发展700℃超超临界燃煤发电技术，对我国节约能源、降低污染物和二氧化碳排放具有十分重要的战略意义和实际应用价值。电站蒸汽参数从600℃超(超)临界和亚临界提高到700℃超超临界水平(700℃/35MPa)，就要求关键部件选用的金属材料的性能要适应锅炉内部更加恶劣的服役环境。传统耐热钢已不能满足使用要求，而镍铁基高温合金相对于镍基高温合金具有更好的经济性和加工性，具有较好的开发和应用前景。对于服役时间在十几万小时甚至更长的电站关键高温部件(如管道、汽轮机叶片等)材料，其高温持久强度是一项重要衡量指标，即要求材料在服役温度下10万小时的持久强度不低于100MPa。
镍铁基高温合金的基体为奥氏体γ相，晶内主要的沉淀强化相有γ'(Ni3(Ti、Al))和γ"(Ni3Nb)相两类，晶界主要分布少量碳化物、硼化物、Laves相(如Fe2Nb)和δ相等，其中M23C6型碳化物是镍铁基高温合金晶界最重要的强化相。在高温下，晶界处是合金组织的薄弱环节，若晶界强度较低，合金在长期持久应力作用下易发生沿晶断裂，严重影响合金材料的高温持久强度。因此，为获得较高的持久强度，必须通过不同的热处理工艺调整合金在冷轧后的晶粒度大小和晶界析出相的种类和分布，以提高晶界的高温强度和蠕变抗力。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种冷轧态镍铁基高温合金晶界强化的热处理工艺，提高镍铁基高温合金的高温持久强度。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种冷轧态镍铁基高温合金晶界强化的热处理工艺，包括如下步骤：
1)按质量分数取以下成分范围内的镍铁基高温合金冷轧板材，具体成分为：Cr元素含量20.0～25.0％；Fe元素含量20.0～30.0％；Mn元素含量0.4～1.0％；Si元素含量0.05～0.2％；Nb元素含量0.4～1.0％；W元素含量0.4～2.0％；Mo元素含量0.1～0.5％；Al元素含量1.1～2.0％；Ti元素含量1.2～2.0％；C元素含量0.01～0.05％；B元素含量0.001～0.005％；Zr元素含量0.01～0.05％；V元素含量0.1～1.0％；N元素含量0.01～0.03％；其余为Ni元素含量；
2)第一步进行高温固溶处理：在0.84～0.87Tm下进行固溶处理0.75～1.5小时，然后将镍铁基高温合金试样出炉，进行出炉空冷至室温；
3)第二步进行高温时效处理：在M23C6型碳化物固溶温度以下30～60℃保温1～2小时，然后将镍铁基高温合金试样出炉，进行空冷至室温；
4)第三步进行低温时效处理：在γ'相固溶温度以下150～200℃保温8～20小时，然后将镍铁基高温合金试样出炉，进行空冷至室温，得到晶界强化的镍铁基高温合金。
本发明进一步改进在于，所获得的镍铁基高温合金的平均晶粒度不大于120微米。
本发明进一步改进在于，所获得的镍铁基高温合金的强化相γ'(Ni3(Al,Ti))平均尺寸不大于60纳米，最大尺寸不超过80纳米；M23C6型碳化物在晶界连续、均匀分布。
本发明进一步改进在于，所获得的镍铁基高温合金的显微硬度达到300HV以上。
与现有技术相比，本发明针对该成分范围内700℃超超临界电站用γ/γ'双相镍铁基高温合金，通过对该类合金冷轧后进行三个阶段的热处理，以对合金晶界进行强化，提高合金的高温持久强度。
冷轧后的镍铁基高温合金的组织为加工硬化的奥氏体基体带状组织，具有明显的取向性。固溶处理的过程中首先是让加工硬化的的组织发生再结晶和晶粒长大；同时使γ'相全部固溶到γ基体中。固溶处理温度不宜太高或时间不宜太长，否则会导致奥氏体再结晶后晶粒过于粗大，晶界氧化严重。本发明限定的固溶处理温度为0.84～0.87Tm(Tm为合金材料的热力学熔点温度)进行固溶处理0.75～1.5小时，既可使合金冷轧后充分再结晶、控制晶粒度大小，同时也使γ'相充分固溶在基体中。
在高温条件下，合金晶界处相对晶内为薄弱的环节，为提高合金的高温持久强度，必须防止合金从晶界处萌生裂纹导致沿晶断裂。在晶界上析出M23C6型碳化物及微量的硼化物可以强化晶界的高温强度，但碳化物在晶界上不同的分布形貌对性能的影响很大。本发明通过控制时效处理温度和时间来控制M23C6型碳化物在晶界的析出量和分布形貌，提出该类镍铁基高温合金固溶处理后的时效工艺为在M23C6型碳化物固溶温度以下30～60℃保温0.75～1.5小时，可使碳化物(及微量硼化物)连续、均匀地分布在晶界，从而强化晶界以提高持久性能。
γ'相析出强化是高温合金晶内主要的强化方式，γ'相的尺寸和体积分数与合金性能密切相关，亦由时效处理时的温度和时间决定。时效温度太高或者时间太长会导致γ'相尺寸粗大，合金的性能劣化；时效后采取空冷的冷却方式可以获得尺寸较小的γ'相。本发明低温时效工艺为在γ'相固溶温度以下150～200℃保温8～20小时，然后空冷至室温。
本发明的技术优势在于获得的合金组织晶粒尺寸相对较大；晶界连续、均匀分布的M23C6型碳化物在高温时对晶界的强化作用好，能显著提高合金的显微硬度、抗拉强度和持久强度。
【附图说明】
图1为本发明冷轧态镍铁基高温合金材料热处理工艺示意图；
图2为本发明得到的镍铁基高温合金的宏观组织形貌图；
图3为本发明得到的镍铁基高温合金的强化相γ'组织形貌图；
图4为晶界析出的M23C6型碳化物组织形貌图。
【具体实施方式】
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
实施例1：
参见图1，取发明内容中成分范围内的一种镍铁基高温合金，该合金熔点温度为1400℃(1673K)，γ'相的固溶温度为934℃，M23C6型碳化物的固溶温度为855℃。将该成分镍铁基高温合金板材在室温下从20mm轧制到10mm，然后进行第一步固溶处理，将合金样品在1150℃保温时间为1小时后出炉空冷至室温；第二步进行高温时效处理，将合金样品在820℃保温1小时后空冷至室温；第三步进行低温时效处理，将合金样品在780℃保温16小时后空冷至室温。热处理后的合金组织晶粒度113微米，γ'相平均尺寸为55纳米，晶界连续、均匀分布着碳化物(见图2和图3)，显微硬度为302HV。
实施例2：
参见图1，取发明内容中成分范围内的一种镍铁基高温合金，该合金熔点温度为1392℃(1665K)，γ'相的固溶温度为956℃，M23C6型碳化物的固溶温度为839℃。将该成分镍铁基高温合金板材在室温下从20mm轧制到10mm，然后进行第一步固溶处理，将合金样品在1150℃保温时间为0.75小时后出炉空冷至室温；第二步进行高温时效处理，将合金样品在810℃保温1小时后空冷至室温；第三步进行低温时效处理，将合金样品在770℃保温12小时后空冷至室温。热处理后的合金组织晶粒度120微米，γ'相平均尺寸为60纳米，晶界连续、均匀分布着碳化物(见图2和图3)，显微硬度为306HV。
由图4可以看出，经过本发明处理后，M23C6型碳化物在晶界处连续、均匀分布，填充整个晶界；而未经该方法得到的晶界析出物量少、不连续，且在晶界上发生偏聚、长大，不能均匀地填充满整个晶界，在晶界上没有析出物的位置从而成为了材料的薄软环节。

Claims (4)

1.一种冷轧态镍铁基高温合金晶界强化的热处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：
1)按质量分数取以下成分范围内的镍铁基高温合金冷轧板材，具体成分为：Cr元素含量20.0～25.0％；Fe元素含量20.0～30.0％；Mn元素含量0.4～1.0％；Si元素含量0.05～0.2％；Nb元素含量0.4～1.0％；W元素含量0.4～2.0％；Mo元素含量0.1～0.5％；Al元素含量1.1～2.0％；Ti元素含量1.2～2.0％；C元素含量0.01～0.05％；B元素含量0.001～0.005％；Zr元素含量0.01～0.05％；V元素含量0.1～1.0％；N元素含量0.01～0.03％；其余为Ni元素含量；
2)第一步进行高温固溶处理：在0.84～0.87Tm下进行固溶处理0.75～1.5小时，然后将镍铁基高温合金试样出炉，进行空冷至室温；
3)第二步进行高温时效处理：在M23C6型碳化物固溶温度以下30～60℃保温1～2小时，然后将镍铁基高温合金试样出炉，进行空冷至室温；
4)第三步进行低温时效处理：在γ'相固溶温度以下150～200℃保温8～20小时，然后将镍铁基高温合金试样出炉，进行空冷至室温，得到晶界强化的镍铁基高温合金。
2.根据权利要求1所述的冷轧态镍铁基高温合金晶界强化的热处理工艺，其特征在于：所获得的镍铁基高温合金的平均晶粒度不大于120微米。
3.根据权利要求1所述的冷轧态镍铁基高温合金晶界强化的热处理工艺，其特征在于：所获得的镍铁基高温合金的强化相γ′平均尺寸不大于60纳米，最大尺寸不超过80纳米；M23C6型碳化物在晶界连续、均匀分布。
4.根据权利要求1所述的冷轧态镍铁基高温合金晶界强化的热处理工艺，其特征在于：所获得的镍铁基高温合金的显微硬度在300HV以上。
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106282729A (zh) * 2016-08-31 2017-01-04 彭书成 一种超级合金及其制备方法
CN106370688A (zh) * 2016-09-18 2017-02-01 中国华能集团公司 一种基于显微硬度判断镍基变形高温合金最优γ′相尺寸的方法
CN107488825A (zh) * 2017-08-30 2017-12-19 西安热工研究院有限公司 一种沉淀强化型多晶铸造镍基合金服役损伤恢复方法
CN107794471A (zh) * 2016-08-31 2018-03-13 通用电气公司 使用Laves相析出在IN706中的晶粒细化
CN107805770A (zh) * 2017-10-17 2018-03-16 中国华能集团公司 一种适用于铸造高温合金的过时效热处理工艺
CN108048769A (zh) * 2017-11-14 2018-05-18 中国航发北京航空材料研究院 一种提高粉末高温合金晶粒尺寸分布均匀性的方法
CN108396269A (zh) * 2018-03-02 2018-08-14 河北工业大学 一种增强多晶Ni3Al基高温合金变形稳定性的热处理方法
CN114045451A (zh) * 2021-11-11 2022-02-15 中国华能集团有限公司 一种优化复合强化型铁镍基合金管综合性价比的热处理方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1892307A1 (en) * 2006-08-25 2008-02-27 Hitachi, Ltd. Ni-Fe based forging superalloy excellent in high-temperature strength and high-temperature ductility, method of manufacturing the same, and steam turbine rotor
US20090308508A1 (en) * 2008-06-16 2009-12-17 Korea Institute Of Machinery & Materials Heat Treatment Method of a Ni-Based Superalloy for Wave-Type Grain Boundary and a Ni-Based Superalloy Produced Accordingly
KR20130095898A (ko) * 2012-02-21 2013-08-29 한국기계연구원 고온 계면 안정성이 우수한 코팅층을 갖는 니켈기 합금 및 그 제조방법
CN103382536A (zh) * 2012-05-03 2013-11-06 中国科学院金属研究所 一种高强度且组织稳定的第四代单晶高温合金及制备方法
JP2014070230A (ja) * 2012-09-27 2014-04-21 Hitachi Metals Ltd Ｎｉ基超耐熱合金の製造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1892307A1 (en) * 2006-08-25 2008-02-27 Hitachi, Ltd. Ni-Fe based forging superalloy excellent in high-temperature strength and high-temperature ductility, method of manufacturing the same, and steam turbine rotor
US20090308508A1 (en) * 2008-06-16 2009-12-17 Korea Institute Of Machinery & Materials Heat Treatment Method of a Ni-Based Superalloy for Wave-Type Grain Boundary and a Ni-Based Superalloy Produced Accordingly
KR20130095898A (ko) * 2012-02-21 2013-08-29 한국기계연구원 고온 계면 안정성이 우수한 코팅층을 갖는 니켈기 합금 및 그 제조방법
CN103382536A (zh) * 2012-05-03 2013-11-06 中国科学院金属研究所 一种高强度且组织稳定的第四代单晶高温合金及制备方法
JP2014070230A (ja) * 2012-09-27 2014-04-21 Hitachi Metals Ltd Ｎｉ基超耐熱合金の製造方法

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106282729A (zh) * 2016-08-31 2017-01-04 彭书成 一种超级合金及其制备方法
CN107794471A (zh) * 2016-08-31 2018-03-13 通用电气公司 使用Laves相析出在IN706中的晶粒细化
CN106370688A (zh) * 2016-09-18 2017-02-01 中国华能集团公司 一种基于显微硬度判断镍基变形高温合金最优γ′相尺寸的方法
CN107488825A (zh) * 2017-08-30 2017-12-19 西安热工研究院有限公司 一种沉淀强化型多晶铸造镍基合金服役损伤恢复方法
CN107805770A (zh) * 2017-10-17 2018-03-16 中国华能集团公司 一种适用于铸造高温合金的过时效热处理工艺
CN107805770B (zh) * 2017-10-17 2020-01-07 中国华能集团公司 一种适用于铸造高温合金的过时效热处理工艺
CN108048769A (zh) * 2017-11-14 2018-05-18 中国航发北京航空材料研究院 一种提高粉末高温合金晶粒尺寸分布均匀性的方法
CN108396269A (zh) * 2018-03-02 2018-08-14 河北工业大学 一种增强多晶Ni3Al基高温合金变形稳定性的热处理方法
CN108396269B (zh) * 2018-03-02 2019-11-08 河北工业大学 一种增强多晶Ni3Al基高温合金变形稳定性的热处理方法
CN114045451A (zh) * 2021-11-11 2022-02-15 中国华能集团有限公司 一种优化复合强化型铁镍基合金管综合性价比的热处理方法

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