CN110257744A - 一种消减Inconel783合金中块状Nb的热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种消减Inconel783合金中块状Nb的热处理方法，涉及合金热处理技术领域，基于Inconel783合金使用过程中块状Nb从内部析出，影响材料的使用安全的问题而提出的。本发明包括以下步骤：(1)固溶处理；(2)β时效处理；(3)γ'时效处理。本发明的有益效果在于：能细化材料内的Nb，块状Nb的尺寸减小，在随后的时效中，以尺寸细小的NbC析出，细小均匀的碳化物能显著提高晶界的抗滑移能力，降低了材料内部有害夹杂物形成的机率。
Description
技术领域
本发明涉及合金热处理技术领域，具体涉及一种Inconel783合金中块状Nb的热处理方法。
背景技术
超临界、超(超)临界等大型机组因其具有煤耗低、污染排放少等优点，现在渐渐成为提高火电机组技术的一项有效的措施。Inconel783合金是一种新开发的基于Fe-Ni-Co的LTE高温合金，为奥氏体型合金。主要增强相为Ni 3 Al-型γ'相，Nb是形成γ'相的主要元素之一。相对于其他LTE高温合金,其铝含量超过5％，易沿晶界析出β-NiAl相，可显著提高合金的高温持久寿命和应力加速晶界氧化(SAGBO)抗力。这种三相(γ-β-γ')抗氧化LTE高温合金在具有较高使用温度的燃气涡轮发动机等许多应用中具有很大的潜力。
目前，600MW以上超(超)临界机组主汽门、高调门和导汽管法兰广泛采用IN783高温合金制成的螺栓进行连接，但是历次检修过程中经常发现螺栓大块状的Nb从内部析出，覆盖在圆棒状β相上。Nb是形成γ'相的重要组成元素，本应固溶于基体中，尺寸过大的Nb易成为夹杂物。此外，还发现大量的条带状组织，贯穿一个甚至几个晶粒，破坏组织连续性，容易导致螺栓性能及服役寿命降低，对设备安全运行构成安全隐患。
发明内容
本发明解决的技术问题在于Inconel783合金使用过程中块状Nb从内部析出，影响材料的使用安全。
本发明是采用以下技术方案解决上述技术问题的：
本发明提供一种消减Inconel783合金中块状Nb的热处理方法，包括以下步骤：
(1)固溶处理：将试样升温至1140-1150℃，保温50-60min，水冷至室温；
(2)β时效处理：将经固溶处理后的试样升温至830-840℃，保温4-6h；
(3)γ'时效处理：将经β时效处理的试样升温冷至710-730℃，保温6-8h，以5-8℃/min炉冷至620-630℃，保温6-8h。
优选的，所述步骤(1)中升温速率≤5℃/min。
优选的，所述步骤(1)中将试样以5℃/min的升温速率升温至1150℃，保温60min，然后置于软水中水冷至室温。
优选的，所述试样为内部带有白色块状Nb合金螺栓，所述合金螺栓的材质为IN783(Inconel783)。
优选的，选取600MW超临界机组主汽门服役后带有白色块状Nb合金螺栓作为试样。
优选的，所述步骤(2)中升温速率≤5℃/min。
优选的，所述步骤(2)中将试样以5℃/min的升温速率升温至840℃，保温6h。
优选的，所述步骤(3)中试样以5℃/min的升温速率升温至720℃，保温8h；再以8℃/min的降温速率炉冷至630℃，保温8h，空冷至室温。
本发明的有益效果在于：
(1)通过本发明的热处理方法，能细化材料内的Nb，块状Nb的尺寸减小，重新固溶与基体内部，500倍扫描电镜下观察，白色大块状Nb尺寸减小，个别视场内Nb消失不见；在随后的时效中，以尺寸细小的NbC析出，细小均匀的碳化物能显著提高晶界的抗滑移能力，降低了材料内部有害夹杂物形成的机率；
(2)通过本发明的热处理方法，可以使材料的带状分布消失，材料的组织均匀性变好。
附图说明
图1为本发明原试样在200倍下的微观组织图；
图2为本发明原试样在500倍下的微观组织图；
图3为本发明实施例1中试样经热处理后200倍下的微观组织图；
图4为本发明实施例1中试样经热处理后500倍下的微观组织图；
图5为本发明对比例1中试样经热处理后200倍下的微观组织图；
图6为本发明对比例1中试样经热处理后500倍下的微观组织图；
图7为本发明对比例2中试样经热处理后200倍下的微观组织图；
图8为本发明对比例2中试样经热处理后500倍下的微观组织图；
图9为本发明实施例2中试样经热处理后200倍下的微观组织图；
图10为本发明实施例2中试样经热处理后500倍下的微观组织图。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
下述实施例中所用的试验材料和试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例中未注明具体技术或条件者，均可以按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。
对比例1
一种消减Inconel783合金中块状Nb的热处理方法
(1)固溶处理：选取600MW超临界机组主汽门服役后带有块状Nb的IN783高温合金螺栓，从IN783高温合金螺栓轴向切取作为试样，将试样放入KSL-1400X箱式电阻炉中加热，升温速率为5℃/min，随炉升温，升温至1120℃，保温60min，然后取出试样置于软水中水冷却至室温；
(2)β时效处理：将经固溶处理后的试样放入KSL-1400X箱式电阻炉中，升温速率为5℃/min，升温至840℃，保温4h；
(3)γ'时效处理：将经β时效处理的试样升温冷至720℃，保温8h，以8℃/min炉冷至630℃，保温8h，然后空冷至室温。
对比例2
一种消减Inconel783合金中块状Nb的热处理方法
(1)固溶处理：将试样放入KSL-1400X箱式电阻炉中加热，以5℃/min的升温速率升温至1120℃，保温60min，采用软水冷至室温；
(2)β时效处理：将经固溶处理后的试样以5℃/min的升温速率升温至840℃，保温6h；
(3)γ'时效处理：将经β时效处理的试样升温冷至720℃，保温8h，以8℃/min炉冷至630℃，保温8h，然后空冷至室温。
实施例1
一种消减Inconel783合金中块状Nb的热处理方法
(1)固溶处理：将试样放入KSL-1400X箱式电阻炉中加热，以5℃/min的升温速率升温至1150℃，保温60min，采用软水冷至室温；采用软水不会对材料内部造成锈蚀和结垢；
(2)β时效处理：将经固溶处理后的试样以5℃/min的升温速率升温至840℃，保温4h；
(3)γ'时效处理：将经β时效处理的试样升温冷至720℃，保温8h，以8℃/min炉冷至630℃，保温8h，然后空冷至室温。
实施例2
一种消减Inconel783合金中块状Nb的热处理方法
(1)固溶处理：将试样放入KSL-1400X箱式电阻炉中加热，以5℃/min的升温速率升温至1150℃，保温60min，采用软水冷至室温；
(2)β时效处理：将经固溶处理后的试样以5℃/min的升温速率升温至840℃，保温6h；
(3)γ'时效处理：将经β时效处理的试样升温冷至720℃，保温8h，以8℃/min炉冷至630℃，保温8h，然后空冷至室温。
实施例3
一种消减Inconel783合金中块状Nb的热处理方法
(1)固溶处理：将试样放入KSL-1400X箱式电阻炉中加热，以5℃/min的升温速率升温至1140℃，保温50min，采用软水冷至室温；
(2)β时效处理：将经固溶处理后的试样以5℃/min的升温速率升温至830℃，保温6h；
(3)γ'时效处理：将经β时效处理的试样升温冷至710℃，保温6h，以5℃/min炉冷至620℃，保温6h，然后空冷至室温。
实施例4
一种消减Inconel783合金中块状Nb的热处理方法
(1)固溶处理：将试样放入KSL-1400X箱式电阻炉中加热，以5℃/min的升温速率升温至1145℃，保温55min，采用软水冷至室温；
(2)β时效处理：将经固溶处理后的试样以5℃/min的升温速率升温至835℃，保温5h；
(3)γ'时效处理：将经β时效处理的试样升温冷至720℃，保温7h，以6℃/min炉冷至625℃，保温7h，然后空冷至室温。
实验结果：Nb的重新固溶效果与固溶温度有关，在固溶时间相差不大前提下，Nb的尺寸也相差不大。带状组织主要是铸造凝固过程中析出的β-NiAl相在后续锻造变形过程中被拉长，主要与时效时间有关，一定范围内，β时效时间越长，带状组织改善效果越好。γ'时效析出合金主要强化相γ'，其数量越多，合金的硬度和强度越高。由此可知，实施例3与实施例2结果相差不大，而实施例4相较于实施例2，Nb的尺寸略大，消除带状组织的效果略差，韧性也略低。
实施例5
对对比例1、对比例2、实施例1、实施例2中热处理后的试样进行检测
原试样：选取600MW超临界机组主汽门服役后带有块状Nb的IN783高温合金螺栓，从IN783高温合金螺栓轴向切取的试样；采用对比例1、对比例2热处理工艺和实施例1，实施例2热处理工艺得到的试样进行显微组织分析及力学性能试验，得到图1至图8以及表1：
由图1和图2可知，原试样白色块状Nb覆盖在β相上面，尺寸较大，其金相组织中合金相和碳化物均呈带状分布或者沿奥氏体晶界分布(带状组织)，且粗晶粒和细晶粒交替呈带状分布；
由图3和图4可知，采用本发明实施例1中热处理工艺后，试样中白色块状Nb尺寸减小，晶粒大小分布均匀，带状组织消失，晶界完整清晰；
由图5和图6可知，采用对比例1中热处理工艺后，图5为试样在200倍金相下组织，可见晶粒较为粗大，带状组织明显，贯穿一个甚至多个晶粒，图为6为500倍扫描电镜图，其中呈白色析出，并覆盖于圆棒状β相表面的是Nb；
由图7和图8可知，采用对比例2中热处理工艺后，试样中白色块状Nb仍然存在，尺寸较之例一相差不大，带状组织仍然存在；
由图9和图10可知，采用本发明实施例2中热处理工艺后，试样中白色块状Nb尺寸显著减小，部分视野未见Nb存在，带状组织消失，晶内有细小弥散的第二相析出，部分晶界位置有合金相和碳化物分布。
表1为对比例1、对比例2、实施例1和实施例2中处理后的试样检测结果
由表1可知，对比例1中，采用IN783标准热处理工艺，经检测，试样硬度346HB，冲击功为22.3J，抗拉强度1379MPa，白色块状Nb和带状组织均存在；
实施例1中，只提高固溶温度，试样的硬度为319HB，冲击功为63.5J，抗拉强度为1068MPa，带状组织消失，Nb尺寸减小，部分视场中未见Nb存在；
对比例2中，只延长β时效时间，试样的硬度为333HB，冲击功为51.5J，抗拉强度为1159MPa，带状组织未消失，块状Nb仍然存在；
实施例2中，既提高固溶温度也延长β时效时间，带状组织消失，Nb的尺寸减小，部分视场中未见Nb存在，试样的硬度为339HB，冲击功为44.3J，抗拉强度为1197MPa。相对比未热处理试样，热处理后试样的延伸率分别提高了31.8％，22.1％，11.5％，冲击功提升接近2倍或大于2倍，材料的塑性和韧性均有所上升。综合考虑，实施例2中Nb的尺寸最小，带状组织完全消失。Nb的重新固溶与带状组织的消失有利于螺栓的安全服役，可适当延长螺栓服役寿命。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，与本发明构思无实质性差异的各种工艺方案均在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种消减Inconel783合金中块状Nb的热处理方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)固溶处理：将试样升温至1140-1150℃，保温50-60min，水冷至室温；
(2)β时效处理：将经固溶处理后的试样升温至830-840℃，保温4-6h；
(3)γ'时效处理：将经β时效处理的试样升温冷至710-730℃，保温6-8h，以5-8℃/min炉冷至620-630℃，保温6-8h。
2.根据权利要求1所述的消减Inconel783合金中块状Nb的热处理方法，其特征在于：所述步骤(1)中升温速率≤5℃/min。
3.根据权利要求1所述的消减Inconel783合金中块状Nb的热处理方法，其特征在于：所述步骤(1)中将试样以5℃/min的升温速率升温至1150℃，保温60min，然后置于软水中水冷至室温。
4.根据权利要求1所述的消减Inconel783合金中块状Nb的热处理方法，其特征在于：所述试样为内部带有白色块状Nb的合金螺栓，所述合金螺栓的材质为Inconel783。
5.根据权利要求4所述的消减Inconel783合金中块状Nb的热处理方法，其特征在于：选取600MW超临界机组主汽门服役后带有白色块状Nb的合金螺栓作为试样。
6.根据权利要求1所述的消减Inconel783合金中块状Nb的热处理方法，其特征在于：所述步骤(2)中升温速率≤5℃/min。
7.根据权利要求1所述的消减Inconel783合金中块状Nb的热处理方法，其特征在于：所述步骤(2)中将试样以5℃/min的升温速率升温至840℃，保温6h。
8.根据权利要求1所述的消减Inconel783合金中块状Nb的热处理方法，其特征在于：所述步骤(3)中试样以5℃/min的升温速率升温至720℃，保温8h；再以8℃/min的降温速率炉冷至630℃，保温8h，空冷至室温。
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