CN111763894B - 一种消除高温合金inconel783螺栓中β相内laves相的热处理方法 - Google Patents

一种消除高温合金inconel783螺栓中β相内laves相的热处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种消除高温合金inconel783螺栓中β相内laves相的热处理方法，是对β相内存在laves相的inconel783螺栓试样依次进行固溶处理、β时效处理和γ’时效处理。通过本发明的热处理方法，可使laves相中的Nb固溶进奥氏体基体，细化β相中的Laves相，使大量针状的Laves相转变成细小的棒状Laves相，甚至使Laves相完全消除，使得材料的塑性韧性恢复；通过本发明的热处理方法，可以细化β相的尺寸，恢复材料的强度及塑韧性。

Description

一种消除高温合金inconel783螺栓中β相内laves相的热处理 方法
技术领域
本发明属于合金热处理技术领域，具体涉及一种消除高温合金inconel783螺栓中β相内laves相的热处理方法。
背景技术
为了顺应时代发展的要求，电力行业对于节能减排要求不断提高，常规参数火力发电机组正在加速向高参数超临界发电机组转变。由航天领域引入的低膨胀高温合金inconel783在超临界机组中有广泛的应用。inconel783是一种基于Fe-Ni-Co的低膨胀系数高温合金，由于其Al含量(≥5％)远高于其他传统低膨胀系数高温合金，使其在γ奥氏体基体上不仅能析出弥散的γ‘相，还可以析出Ni-Al型的β相，从而提高了合金的应力加速晶界氧化(SAGBO)抗力和持久寿命。目前，这种三相(γ-γ’-β)合金广泛应用于超临界机组主汽门、高调门、和导汽管法兰的连接螺栓，但在机组常规检修中发现螺栓硬度超出正常水平，发现β相内存在Laves相，大量针状的Laves相占据了β相的内部，破坏了β相的原有结构，使螺栓的塑性韧性下降，对设备安全运行构成安全隐患。
发明内容
本发明针对目前inconel783螺栓使用过程中，Laves相在β相中存在，破坏了β相的原有结构，造成塑韧性下降，影响螺栓的使用安全的问题，提供了一种消除高温合金inconel783螺栓中β相内laves相的热处理方法。
本发明消除高温合金inconel783螺栓中β相内laves相的热处理方法，依次包括固溶处理、β时效处理和γ’时效处理：
步骤1：对β相内存在laves相的inconel783螺栓试样进行固溶处理，于1110℃～1150℃下保温1h，空冷至室温；
步骤2：将步骤1处理后的inconel783螺栓进行β时效处理，于840℃保温6h，空冷至室温；
步骤3：将步骤2处理后的inconel783螺栓进行γ’时效处理，于720℃保温8h，随炉冷却至630℃后保温8h，空冷至室温。
优选的，步骤1中升温速率≤5℃/min。
优选的，步骤2中升温速率≤5℃/min。
优选的，步骤3中升温速率≤5℃/min，以55℃/h的降温速率随炉冷却。
优选的，所述试样是取自服役5年的660MW超临界机组螺栓，螺栓中β相内存在laves相，螺栓材质为inconel783。所述laves相为高温合金incol783螺栓在使用过程中从β相内析出的。
本发明的有益效果体现在：
1、通过本发明的热处理方法，可使laves相中的Nb固溶进奥氏体基体，细化β相中的Laves相，使大量针状的Laves相转变成细小的棒状Laves相，甚至使Laves相完全消除，使得材料的塑性韧性恢复。
2、通过本发明的热处理方法，可以细化β相的尺寸，恢复材料的强度及塑韧性。
附图说明
图1为服役5年未经热处理的inconel783螺栓的β相。
图2为服役5年经过实施例5热处理的inconel783螺栓的β相。
图3为未经热处理的inconel783螺栓拉伸断口。
图4为经过实施例5热处理的inconel783螺栓拉伸断口。
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。
实施例1：
本实施例中消除高温合金inconel783螺栓中β相内laves相的热处理方法如下：
1、固溶处理：选取660MW超临界机组主汽门服役后带有Laves相的inconel783高温合金螺栓，从inconel783高温合金螺栓轴向切取试样，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1100℃，保温1h，空冷至室温；
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6h，空冷至室温；
3、γ’时效处理：将经β时效处理后的试样放入KSL-1400X箱式电阻炉中，升温速率为5℃/min，升温至720℃，保温8h，随炉冷却至630℃，冷却速率为55℃/h，保温8h，空冷至室温。
实施例2：
本实施例中消除高温合金inconel783螺栓中β相内laves相的热处理方法如下：
1、固溶处理：选取660MW超临界机组主汽门服役后带有Laves相的inconel783高温合金螺栓，从inconel783高温合金螺栓轴向切取试样，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1110℃，保温1h，空冷至室温；
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6h，空冷至室温；
3、γ’时效处理：将经β时效处理后的试样放入KSL-1400X箱式电阻炉中，升温速率为5℃/min，升温至720℃，保温8h，随炉冷却至630℃，冷却速率为55℃/h，保温8h，空冷至室温。
实施例3：
本实施例中消除高温合金inconel783螺栓中β相内laves相的热处理方法如下：
1、固溶处理：选取660MW超临界机组主汽门服役后带有Laves相的inconel783高温合金螺栓，从inconel783高温合金螺栓轴向切取试样，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1h，空冷至室温；
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6h，空冷至室温；
3、γ’时效处理：将经β时效处理后的试样放入KSL-1400X箱式电阻炉中，升温速率为5℃/min，升温至720℃，保温8h，随炉冷却至630℃，冷却速率为55℃/h，保温8h，空冷至室温。
实施例4：
本实施例中消除高温合金inconel783螺栓中β相内laves相的热处理方法如下：
1、固溶处理：选取660MW超临界机组主汽门服役后带有Laves相的inconel783高温合金螺栓，从inconel783高温合金螺栓轴向切取试样，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1130℃，保温1h，空冷至室温；
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6h，空冷至室温；
3、γ’时效处理：将经β时效处理后的试样放入KSL-1400X箱式电阻炉中，升温速率为5℃/min，升温至720℃，保温8h，随炉冷却至630℃，冷却速率为55℃/h，保温8h，空冷至室温。
实施例5：
本实施例中消除高温合金inconel783螺栓中β相内laves相的热处理方法如下：
1、固溶处理：选取660MW超临界机组主汽门服役后带有Laves相的inconel783高温合金螺栓，从inconel783高温合金螺栓轴向切取试样，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1h，空冷至室温；
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6h，空冷至室温；
3、γ’时效处理：将经β时效处理后的试样放入KSL-1400X箱式电阻炉中，升温速率为5℃/min，升温至720℃，保温8h，随炉冷却至630℃，冷却速率为55℃/h，保温8h，空冷至室温。
实施例6：
本实施例中消除高温合金inconel783螺栓中β相内laves相的热处理方法如下：
1、固溶处理：选取660MW超临界机组主汽门服役后带有Laves相的inconel783高温合金螺栓，从inconel783高温合金螺栓轴向切取试样，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1h，空冷至室温；
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6h，空冷至室温；
3、γ’时效处理：将经β时效处理后的试样放入KSL-1400X箱式电阻炉中，升温速率为5℃/min，升温至720℃，保温8h，随炉冷却至630℃，冷却速率为55℃/h，保温8h，空冷至室温。
对实施例5中热处理后的试样和未经热处理的试样进行显微组织分析，得到图1、图2、图3、图4。
由图1可知，未经热处理的试样，在晶界处的较大的β相内部存在针状且无序的Laves相，晶粒内部较小的β相内部则无Laves相存在。
由图2可知，经过热处理的试样，晶界处几乎没有β相，晶粒内部β相相比图1尺寸较小，密度有所上升，β相内部Laves相消失。
由图3可知，未经热处理试样的断口存在大量的解理面和撕裂棱，试样的断裂形式为准解理断裂。
由图4可知，经过热处理试样的断口存在大量的韧窝，且韧窝有一定的深度，试样的断裂形式以韧性断裂为主。
对实施例1到实施例6热处理后的试样和未经热处理的试样进行力学性能检测，结果见下表1。
表1为未经热处理和实施例1至实施例6中热处理的试样检测结果
Figure BDA0002627525130000051
由表1可知，未经热处理的试样经检测，硬度为351HB，室温冲击功13.2J，室温抗拉强度1357Mpa，延伸率为20.3％。
经过实施例1中热处理的试样经检测，硬度为332HB，室温冲击功为36.8J，室温抗拉强度为1289MPa，延伸率为25.1％。
经过实施例2中热处理的试样经检测，硬度为335HB，室温冲击功为42.9J，室温抗拉强度为1309MPa，延伸率为24.4％。
经过实施例3中热处理的试样经检测，硬度为331HB，室温冲击功为39.1J，室温抗拉强度为1227MPa，延伸率为24.7％。
经过实施例4中热处理的试样经检测，硬度为327HB，室温冲击功为41.7J，室温抗拉强度为1274MPa，延伸率为24.1％。
经过实施例5中热处理的试样经检测，硬度为324HB，室温冲击功为47.7J，室温抗拉强度为1230MPa，延伸率为25.3％。
经过实施例6中热处理的试样经检测，硬度为319HB，室温冲击功为50.3J，室温抗拉强度为1211MPa，延伸率为25.7％。
对比未经热处理和经过热处理试样的检测结果：经过实施例1到实施例6的热处理，试样室温冲击功提高了2～3倍，延伸率提高了18.7％～26.6％，材料由准解理断裂转变为韧性断裂，塑性韧性均有所提升；硬度和抗拉强度虽有所下降，但仍在正常范围内。综合考虑，实施例1到实施例6的热处理消除了β相内Laves相，减小了β相的尺寸，提高了材料的塑韧性，有利于螺栓的安全服役。
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 (1)

1.一种消除高温合金inconel783螺栓中β相内laves相的热处理方法，其特征在于：
对β相内存在laves相的inconel783螺栓试样进行热处理，依次包括固溶处理、β时效处理和γ’时效处理；
所述固溶处理是将β相内存在laves相的inconel783螺栓试样于1110℃~1150℃下保温1h，空冷至室温；
所述β时效处理是将固溶处理后的inconel783螺栓于840℃保温6h，空冷至室温；
所述γ’时效处理是将β时效处理后的inconel783螺栓于720℃保温8h，随炉冷却至630℃后保温8h，空冷至室温；
所述试样是取自服役5年的660MW超临界机组螺栓，螺栓中β相内存在laves相，螺栓材质为inconel783；所述laves相为高温合金incol783螺栓在使用过程中从β相内析出的；
固溶处理时的升温速率≤5℃/min；
β时效处理时的升温速率≤5℃/min；
γ’时效处理时的升温速率≤5℃/min，以55℃/h的降温速率随炉冷却。
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