CN105886841A - 提高镍基高温合金Hastelloy N的低Σ重位点阵晶界比例的工艺 - Google Patents

提高镍基高温合金Hastelloy N的低Σ重位点阵晶界比例的工艺 Download PDF

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李帅
肖学山
徐裕来
武昭妤
彭伟
张华伟
王雷
张姣姣
臧天沐
杨智
洪笑宇
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Abstract

本发明公开了一种提高镍基高温合金Hastelloy N的低Σ重位点阵晶界比例的工艺，包括以下步骤：a）固溶处理：将上述Hastelloy N 合金在1080‑1120℃保温13‑17分钟，然后采用水冷降温至常温；b）冷轧变形：进行冷轧变形，变形量为3‑8%；c）再结晶退火：进行再结晶退火，在1080‑1120℃保温9‑11分钟，然后采用水冷降温至常温。该工艺既不需要长时间的退火，也不需要反复冷轧变形，工艺简单，操作容易，能够有效的提高Hastelloy N合金耐腐蚀性能，具有良好的经济效益。

Description

提高镍基高温合金Hastelloy N的低Σ重位点阵晶界比例的工艺
技术领域
本发明涉及一种提高镍基高温合金Hastelloy N的低Σ重位点阵晶界比例的工艺，属于金属材料的形变及热处理工艺技术领域。
背景技术
高温合金是指以铁、钴、镍为基体，能在高温以及一定应力条件下适应不同环境短时或长时使用的金属材料。高温合金为单一奥氏体组织，在各种温度下具有良好的组织稳定性和使用的可靠性。Hastelloy N具有较高的高温强度、塑性，良好的抗氧化、抗热腐蚀性能，良好的热疲劳性能，断裂韧性，良好的组织稳定性和使用可靠性，因此，在航天、核工程、能源动力、交通运输、石油化工、冶金等领域得到广泛的应用。对于奥氏体基合金来说，应力腐蚀开裂和晶间腐蚀一直是其服役过程中的主要失效形式。如何降低其腐蚀敏感性，提高其使用寿命，从而提高使用安全性是人们一直关注的一个问题。
在二十世纪八十年代出现了“晶界工程”这一研究领域。在晶界工程研究过程中，广泛使用的是重位点阵，即CSL（coincidence site lattice）点阵。在晶界工程研究中，低重位点阵晶界被定义为底层错能晶界，而剩余的其他高层错能晶界被称为随机晶界。低ΣCSL晶界必须符合Σ≤29。低ΣCSL晶界比例越高，则材料的耐蚀性越好。采用现在工艺制成的Hastelloy N合金，低ΣCSL晶界比例为51%左右，耐腐蚀性较差，还有一定提升空间。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足之处，提供一种改善Hastelloy N合金低Σ重位点阵晶界比例的工艺。其简单易行的操作工艺，以小变形+适当温度退火就可以提高Hastelloy N合金中的低ΣCSL晶界比例，从而提高其耐腐蚀性能，在生产中实际可行，能够取得明显的经济效益。
本发明是通过如下技术方案来实现的：
提高镍基高温合金Hastelloy N的低Σ重位点阵晶界比例的工艺，镍基高温合金Hastelloy N合金成分的质量百分比为：C≤0.06，Si≤1，Mn≤0.8，Cr：7，Mo：16，Cu≤0.35，Al+Ti≤0. 5，Fe≤4，V≤0.5，Co≤0.2，W≤0.5，Ni余量；其工艺包括以下步骤：a）固溶处理：将上述Hastelloy N 合金在1080-1120℃保温13-17分钟，然后采用水冷降温至常温；b）冷轧变形：进行冷轧变形，变形量为3-8%；c）再结晶退火：进行再结晶退火，在1080-1120℃保温9-11分钟，然后采用水冷降温至常温。
冷轧变形步骤中的变形量为4-6%。
本发明的工艺方法是应用于Hastelloy N 合金成型加工过程中的最后一道工序，通过本工艺可以实现在不改变合金成分的前提下提高材料的耐晶间腐蚀性能，对材料的抗应力腐蚀、蠕变、疲劳性能也有改善，材料在处理之前，必须先进行固溶处理，将Hastelloy N 合金在1080-1120℃保温13-17分钟，然后采用水冷降温至常温；进行冷轧变形，变形量为4-6%；冷轧后进行再结晶退火，在1080-1120℃保温9-11分钟，然后采用水冷降温至常温。这种小变形量后的再结晶退火可显著提高材料中的Σ3n晶界（n=1,2,3）比例，从而提高总体低ΣCSL晶界的比例，在结晶退火的保温时间应控制的9-11分钟范围内，保温时间过短或过长会使ΣCSL晶界比例明显降低。
本发明能够获得低ΣCSL晶界比例至少为70%（Palumbo-Aust标准）的材料，而经传统工艺加工的材料中低ΣCSL晶界比例为51%左右，低ΣCSL晶界比例高的材料与低ΣCSL晶界比例低的材料相比，具有明显好的耐腐蚀性能。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
本发明既不需要长时间的退火，也不需要反复冷轧变形，工艺简单，操作容易，能够有效的提高Hastelloy N合金耐腐蚀性能，具有良好的经济效益。
附图说明
图1为不同工艺处理的Hastelloy N合金中不同类型晶界的OIM 图，其中（A）显示传统工艺处理Hastelloy N合金后晶界的OIM 图，（B）显示本发明工艺处理Hastelloy N合金后晶界的OIM 图；
图2为不同工艺处理的Hastelloy N合金中晶界类型比例，其中（A）显示传统工艺处理Hastelloy N合金后晶界类型比例，（B）显示本发明工艺处理Hastelloy N合金后晶界类型比例。
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说明。以下所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明的范围进行限定。
实施例1，本实施方式采用的Hastelloy N合金材料成分的质量百分比为：C：0.016，Si：0.28，Mn：0.35，Cr：7.1，Mo：16.4，Co：0.002，Cu：0.03，Al：0.14，Ti：0.003，Fe：4.21，Ni余量。合金在1100℃保温15分钟，然后采用水冷降温至常温；经过冷轧变形，变形量为4.6%；进行再结晶退火，在1100℃保温10分钟，然后采用水冷降温至常温。经电子背散射衍射方法测定，采用传统工艺处理后的样品A中的低ΣCSL晶界比例为51.1%，采用本发明工艺处理后的样品B中的低ΣCSL晶界比例为74.5%，低ΣCSL晶界都按Palumbo-Aust标准统计。不同工艺处理后的Hastelloy N合金中不同类型晶界的OIM 图见附图1，其中（A）显示传统工艺处理Hastelloy N合金后晶界的OIM 图，（B）显示本发明工艺处理Hastelloy N合金后晶界的OIM 图。不同工艺处理后的Hastelloy N合金中晶界类型比例见附图2，其中（A）显示传统工艺处理Hastelloy N合金后晶界类型比例，（B）显示本发明工艺处理Hastelloy N合金后晶界类型比例。由图1和图2可以看出，经过本发明工艺处理后，合金中的低ΣCSL晶界比例有大幅度的提高，从而可以显著改善Hastelloy N合金的耐蚀性能。
实施例2，本实施方式采用的Hastelloy N合金材料成分的质量百分比为：C：0.016，Si：0.28，Mn：0.35，Cr：7.1，Mo：16.4，Co：0.002，Cu：0.03，Al：0.14，Ti：0.003，Fe：4.21，Ni余量。合金在1100℃保温14分钟，然后采用水冷降温至常温；经过冷轧变形，变形量为4.9%；进行再结晶退火，在1100℃保温10分钟，然后采用水冷降温至常温。经电子背散射衍射方法测定，采用本发明工艺处理后的样品B中的低ΣCSL晶界比例为75.4%，低ΣCSL晶界都按Palumbo-Aust标准统计。
实施例3，本实施方式采用的Hastelloy N合金材料成分的质量百分比为：C：0.016，Si：0.28，Mn：0.35，Cr：7.1，Mo：16.4，Co：0.002，Cu：0.03，Al：0.14，Ti：0.003，Fe：4.21，Ni余量。合金在1100℃保温16分钟，然后采用水冷降温至常温；经过冷轧变形，变形量为6.3%；进行再结晶退火，在1100℃保温10分钟，然后采用水冷降温至常温。经电子背散射衍射方法测定，采用本发明工艺处理后的样品B中的低ΣCSL晶界比例为75.0%，低ΣCSL晶界都按Palumbo-Aust标准统计。
实施例只是为了便于理解本发明的技术方案，并不构成对本发明保护范围的限制，凡是未脱离本发明技术方案的内容或依据本发明的技术实质对以上方案所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明保护范围之内。

Claims (2)

1.提高镍基高温合金Hastelloy N的低Σ重位点阵晶界比例的工艺，镍基高温合金Hastelloy N合金成分的质量百分比为：C≤0.06，Si≤1，Mn≤0.8，Cr：7，Mo：16，Cu≤0.35，Al+Ti≤0. 5，Fe≤4，V≤0.5，Co≤0.2，W≤0.5，Ni余量；其特征在于：其工艺包括以下步骤：a）固溶处理：将上述Hastelloy N 合金在1080-1120℃保温13-17分钟，然后采用水冷降温至常温；b）冷轧变形：进行冷轧变形，变形量为3-8%；c）再结晶退火：进行再结晶退火，在1080-1120℃保温9-11分钟，然后采用水冷降温至常温。
2.根据权利要求1所述的提高镍基高温合金Hastelloy N的低Σ重位点阵晶界比例的工艺，其特征在于：冷轧变形步骤中的变形量为4-6%。
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