CN114875346B - 一种抑制奥氏体合金粗大晶界碳化物析出的热处理方法 - Google Patents

一种抑制奥氏体合金粗大晶界碳化物析出的热处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抑制奥氏体合金粗大晶界碳化物析出的热处理方法，属于奥氏体合金制造技术领域。本发明通过近完全固溶处理，溶解大部分初始粗大碳化物，减小碳化物尺寸，同时保留大量微小未溶碳化物核心，为冷却析出碳化物提供形核质点，促进碳化物分散形核，抑制粗大碳化物形成。同时利用控温慢冷条件调控晶界上溶质元素的浓度分配，提高碳化物界面稳定性，保持碳化物颗粒状或棒状的良好析出形态。本发明的目的在于优化大尺寸合金锭中的晶界碳化物析出形态。该方法能够避免M23C6碳化物在合金锭的慢速冷却过程中粗大析出，促进碳化物在晶界细小离散分布。

Description

一种抑制奥氏体合金粗大晶界碳化物析出的热处理方法
技术领域
本发明涉及奥氏体合金制造技术领域，具体涉及一种抑制奥氏体合金粗大晶界碳化物析出的热处理方法。
背景技术
铁、镍基不锈钢、耐蚀合金、高温合金等奥氏体材料因具有优异的力学性能、耐蚀性能和加工性能，在火电、核电、污水处理等领域具有重要应用。为降低成本、提高生产效率，上述材料在工程化制备中一般会采用较大的锭型尺寸。大尺寸合金锭因直径尺寸较大，其在冶炼和热加工后的冷却过程中芯部冷却速率较慢，易产生M23C6等粗大晶界碳化物。粗大晶界碳化物在热加工过程中较难溶解，未溶碳化物易在材料变形过程中引发细晶带组织，严重影响最终合金成品的组织均匀性和力学、耐蚀等性能。晶界碳化物的粗大析出形态与大尺寸合金锭的缓慢冷却过程有关，常规工程化制造手段很难控制合金锭内部的粗大碳化物析出。此外，均匀化处理只能在高温保温阶段将碳化物溶解，而粗大碳化物在合金锭的冷却过程中还会再次沿晶界析出。鉴于此，有必要开发一种热处理工艺，抑制粗大晶界碳化物在奥氏体合金的慢速冷却过程中析出。
发明内容
为了优化大尺寸合金锭中的晶界碳化物析出形态，本发明的目的在于提供一种抑制奥氏体合金粗大晶界碳化物析出的热处理方法，该方法能够避免M23C6碳化物在合金的慢速冷却过程中粗大析出，促进碳化物在晶界细小离散分布。
为实现上述技术目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种抑制奥氏体合金粗大晶界碳化物析出的热处理方法，该方法包括以下步骤：
(1)将奥氏体合金在1050-1100℃进行近完全固溶处理，保温时间不超过30min；
(2)将步骤(1)中近完全固溶处理后的奥氏体合金直接在炉中控温缓慢冷却至600-850℃，冷速为0.5-2℃/min；
(3)将步骤(2)控温缓慢冷却处理后的奥氏体合金取出水淬至室温。
其中，奥氏体合金的牌号为In690合金，化学成分为(wt.％)：C0.015-0.025％、Cr28.5-31.0％、Fe 9.0-11.0％、Al≤0.4％、Ti≤0.4％、Mn≤0.5％、N≤0.03％，余量为Ni。
所述的抑制奥氏体合金晶界碳化物粗大析出的热处理方法，采用温度和冷速可调控的电阻加热马弗炉进行。
所述的抑制奥氏体合金晶界碳化物粗大析出的热处理方法，采用近完全固溶加控温缓慢冷却的方法，在大尺寸合金锭常见的慢速冷却条件下，避免粗大晶界碳化物在奥氏体合金的连续冷却过程中析出，促进小尺寸碳化物在晶界以颗粒状或棒状离散分布。
步骤(1)中，采用1050-1100℃保温不超过30min的近完全固溶处理工艺，可在显著降低原始粗大碳化物颗粒尺寸的同时保留奥氏体合金晶界碳化物未溶质点，促进碳化物分散形核，降低晶界溶质元素含量，抑制粗大发达形态碳化物冷却析出。
步骤(2)中，采用0.5-2℃/min控温缓慢冷却工艺，可促进奥氏体合金晶界C、Cr溶质元素充分扩散，同时降低奥氏体合金在连续冷却过程中的过冷度，使奥氏体合金晶界碳化物的界面稳定性提高，晶界碳化物维持颗粒状或棒状长大。
本发明通过近完全固溶加控温缓慢冷却的方法，使奥氏体合金即使在慢冷条件下也不发生粗大晶界碳化物析出。奥氏体合金的近完全固溶是指在1050-1100℃保温不超过30min。1050-1100℃低温固溶既能够充分减小原始碳化物尺寸，同时还可以保留部分未溶解晶界碳化物。未溶晶界碳化物在连续冷却过程中优先长大，消耗晶界上的C、Cr溶质元素，使晶界上未溶碳化物界面附近和远离碳化物的溶质浓度差异减小，未溶碳化物界面保持稳定，不易形成粗大的发达析出形貌。当连续冷却温度降低至晶界碳化物析出温度时，奥氏体合金晶界的新生碳化物开始析出，此时由于未溶碳化物长大提前消耗了部分溶质元素，新生碳化物界面附近的溶质浓度差异较小，新生碳化物界面仍保持稳定，呈颗粒状或棒状长大。奥氏体合金控温缓慢冷却的冷速控制在0.5-2℃/min。0.5-2℃/min的冷速使奥氏体合金晶界C、Cr溶质元素有足够的时间进行扩散，晶界上未溶碳化物界面附近和远离碳化物的溶质浓度差异减小，同时0.5-2℃/min的冷速降低奥氏体合金在连续冷却过程中的过冷度，有助于奥氏体合金晶界碳化物的界面稳定性进一步提高，晶界碳化物维持颗粒状或棒状长大。
本发明具有如下有益效果：
采用本发明方法处理大尺寸奥氏体合金锭，可获得尺寸相对细小的晶界碳化物，有效的避免了粗大发达形态碳化物形成。本发明在不改变合金成分的前提下，仅通过简单的近完全固溶加控温缓慢冷却的热处理方法，即可抑制合金锭中粗大晶界碳化物的析出，具有工艺简单、成本低廉和易于实现的优点。
附图说明
图1是实施例1所得样品的SEM显微组织形貌照片。
图2是实施例2所得样品的SEM显微组织形貌照片。
图3是对比例1所得样品的SEM显微组织形貌照片。
具体实施方式
以下结合具体实施例和对比例对本发明作进一步详细说明。
本发明提供一种抑制奥氏体合金粗大晶界碳化物析出的热处理方法，具体为通过近完全固溶处理，溶解大部分初始粗大碳化物，减小碳化物尺寸，同时保留大量微小未溶碳化物核心，为冷却析出碳化物提供形核质点，促进碳化物分散形核，抑制粗大碳化物形成。同时利用控温慢冷条件调控晶界上溶质元素的浓度分配，提高碳化物界面稳定性，保持碳化物颗粒状或棒状的良好析出形态。
实施例1：
本实施例中，对镍基In690合金进行近完全固溶加控温缓慢冷却处理，具体实施过程为：在重量3吨、直径515mm的大尺寸In690合金铸锭中心切取一个10mm×10mm×10mm样品。将该样品在马弗炉中进行1090℃×10min的近完全固溶处理。固溶处理完成后直接在马弗炉中以2℃/min的冷速控制冷却。在冷却至800℃后从炉中取出水淬。所得样品的晶界碳化物SEM显微形貌如图1所示。
实施例2：
本实施例中，对镍基In690合金进行近完全固溶加控温缓慢冷却处理，具体实施过程为：在重量3吨、直径515mm的大尺寸In690合金铸锭中心切取一个10mm×10mm×10mm样品。将该样品在马弗炉中进行1060℃×10min的近完全固溶处理。固溶处理完成后直接在马弗炉中以1℃/min的冷速控制冷却。在冷却至800℃后从炉中取出水淬。所得样品的晶界碳化物SEM显微形貌如图2所示。
对比例1：
本对比例中，对镍基In690合金进行完全固溶加控温缓慢冷却处理，具体实施过程为：在重量3吨、直径515mm的大尺寸In690合金铸锭中心切取一个10mm×10mm×10mm样品。将该样品在马弗炉中进行1110℃×10min的完全固溶处理。固溶处理完成后直接在马弗炉中以2℃/min的冷速控制冷却。在冷却至800℃后从炉中取出水淬。所得样品的晶界碳化物SEM显微形貌如图3所示。
以上实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (1)

1.一种抑制奥氏体合金粗大晶界碳化物析出的热处理方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
(1)将奥氏体合金在1050-1100℃进行近完全固溶处理，保温时间不超过30min；所述奥氏体合金为镍基In690合金；
(2)将步骤(1)中近完全固溶处理后的奥氏体合金直接在炉中控温缓慢冷却至600-850℃，冷速为0.5-2℃/min；
(3)将步骤(2)控温缓慢冷却处理后的奥氏体合金取出，水淬至室温。
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