一種變形鎳鐵鉻基高溫合金的熱處理工藝的制作方法
【專利摘要】一種變形鎳鐵鉻基高溫合金的熱處理工藝，1）在γ'相固溶溫度以上100～200℃范圍內保溫0.5～2小時，空冷至室溫；2）在γ'相固溶溫度以下100～180℃保溫0.5～2小時，空冷至室溫；3）在γ'相固溶溫度以下180～250℃保溫4～20小時，空冷至室溫。本發(fā)明獲得的合金組織晶粒尺寸相對較大，在晶界有均勻分布的M23C6型碳化物，在高溫條件下晶界的強化作用好，同時合金的顯微硬度較高，具有較好的抗拉強度和持久性能。
【專利說明】—種變形鎳鐵鉻基高溫合金的熱處理工藝
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于高溫合金領域，具體為一種具有Y/Y’雙相組織的變形鎳鐵鉻基高溫合金的熱處理工藝。
【背景技術】
[0002]提高火力發(fā)電的熱效率、減少CO2排放的有效途徑是提高火電鍋爐蒸汽參數(shù)，目前已商業(yè)運行的超超臨界發(fā)電機組的蒸氣參數(shù)約為600°C /25MPa左右，蒸氣參數(shù)達7000C /35MPa的700°C級先進超超臨界火電機組是世界各國正在大力發(fā)展的下一代機組。
[0003]700°C級先進超超臨界火電機組對機組關鍵部件如管道、葉片、轉子等對材料的高溫持久特性、抗氧化和抗腐蝕性等提出了更高的要求，如要求末級過熱器管材的持久強度在700°C /IOOMPa服役時壽命不低于IX IO5小時，而傳統(tǒng)的鐵素體和奧氏體不銹鋼已不能滿足要求。目前國內外針對這些關鍵部件所提出的候選合金主要是鎳基高溫合金(IN740H、CCA617等)和鎳鐵鉻基高溫合金(GH2984、In718等)，其中鎳鐵鉻基高溫合金具有更好的經濟性和加工性，具有較好的開發(fā)和應用前景。 [0004]鎳鐵鉻基高溫合金的基體為奧氏體，主要的沉淀強化相有Y ’(Ni3(T1、Al))和Y " (Ni3Nb)相兩類。此外，還有微量碳化物、硼化物、Laves (如Fe2Nb)相和δ相等。與鎳基高溫合金組織相比，鎳鐵鉻基合金中相組織較復雜、穩(wěn)定性較差，容易析出Π (如Ni3Ti)、σ (如FexCry)、G(如Fe6Ni16Si7)、μ (如Fe7Mo6)和Laves等有害相。對變形鎳鐵鉻基高溫合金而言，為獲得合適的抗拉強度和持久強度，必須通過不同的熱處理工藝調整合金在變形后的晶粒大小和析出強化相的種類和分布，獲得變形合金的最佳組織匹配，滿足其服役使用的組織和性能要求。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種能夠獲得較佳的晶內和晶界的組織匹配，提高合金拉伸和持久強度的變形鎳鐵鉻基高溫合金的熱處理工藝。
[0006]為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是:
[0007]I)取申請?zhí)枮?201310397115.4，名稱為:一種低膨脹抗氧化NiFeCr基高溫合金及其制備方法制成的變形鎳鐵鉻基高溫合金；
[0008]2)第一次進爐高溫固溶處理:在Y ’相固溶溫度以上100~200°C內保溫0.5~2.0小時，然后合金試樣出爐，進行空冷至室溫；
[0009]3)第二次進爐高溫時效處理:在Y ’相固溶溫度以下100~180°C內保溫0.5~
2.0小時，然后合金試樣出爐，進行空冷至室溫；
[0010]4)第三次進爐低溫時效處理:在Y ’相固溶溫度以下180~250°C內保溫4~20小時，然后合金試樣出爐，進行空冷至室溫得到變形鎳鐵鉻基高溫合金。
[0011]所獲得的變形鎳鐵鉻基高溫合金的晶粒尺寸不大于120微米。
[0012]所獲得的變形鎳鐵鉻基高溫合金的強化相Y，(Ni3(Al, Ti))尺寸不大于90納米，平均尺寸不大于70納米;M23C6型碳化物在晶界均勻分布。
[0013]所獲得的變形鎳鐵鉻基高溫合金的顯微硬度不低于360HV。
[0014]本發(fā)明針對超超臨界電站用Y/Y’雙相鎳鐵鉻基高溫合金，通過對變形后的合金進行三階段的熱處理，以獲得較佳的晶內和晶界的組織匹配，提高合金的拉伸和持久強度。
[0015]變形后的鎳鐵鉻基高溫合金的宏觀組織為細小的晶粒，顯微組織由奧氏體基體和y'相、碳化物等相組成。固溶處理的目的是將r相全部溶解到基體中，為后面進一步退火時析出細小均勻的r做準備 ；同時隨著固溶溫度的升高和時間的增長，晶粒會進一步長大，相對較大的晶粒度對合金持久性能的提高有一定的幫助，但溫度太高或時間太長，會導致奧氏體晶粒過于粗大，晶界氧化嚴重，反不利于獲得較平衡的高溫拉伸性能。本發(fā)明限定的固溶處理溫度為Y’相固溶溫度以上100~200°C范圍內，保溫0.5~2小時，既可保證Y’相充分固溶，同時也能使晶粒尺寸的長大得到有效控制，還有于節(jié)約能源。
[0016]晶界是變形合金在長期服役過程中相對較薄弱的環(huán)節(jié)，為提高合金的拉伸和持久強度，必須防止合金沿晶斷裂，利用M23C6碳化物來強化晶界是有效方式之一。碳化物的形貌和分布受析出溫度和時間的控制，對性能的影響很大。本發(fā)明確定新型鎳鐵鉻基高溫合金的時效工藝為在Y ’相固溶溫度以下100~180°C保溫0.5~2小時，可使碳化物連續(xù)均勻分布在晶界最大程度的提高持久性能。
tool?] y'相析出強化是合金晶內強化的主要方式，r相的尺寸和體積分數(shù)與性能密切相關，由熱處理時的時效溫度、時效時間和時效后的冷卻方式決定。時效溫度太高或者時間太長會導致r相尺寸粗大，合金的性能穩(wěn)定性較差；而時效后采取較快的冷卻方式可以獲得尺寸較小的Y’相，有利于獲得較高的拉伸強度，但過快的冷卻如水冷或油冷會使合金中產生微裂紋。因此本發(fā)明低溫時效工藝限定為在Y’相固溶溫度以下180~250°C保溫4~20小時，然后空冷?？梢缘玫匠叽绾头植急容^合適的Y’相。
[0018]本發(fā)明的技術優(yōu)點是:本發(fā)明獲得的合金組織晶粒尺寸相對較大，在晶界有均勻分布的M23C6型碳化物，在高溫條件下晶界的強化作用好，同時合金的顯微硬度較高，具有較好的抗拉強度和持久性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明高溫合金材料熱處理工藝示意圖；
[0020]圖2為本發(fā)明得到的合金的宏觀組織形貌圖；
[0021]圖3為本發(fā)明得到的合金的強化相Y /和晶界析出相M23C6型碳化物。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步的說明。
[0023]實施例1:
[0024]參見圖1，采用申請?zhí)枮?201310397115.4，名稱為:一種低膨脹抗氧化NiFeCr基高溫合金及其制備方法制成的變形鎳鐵鉻基高溫合金，Y’相的固溶溫度為984°C，將變形后的鎳鐵鉻基高溫合金試樣第一次進爐:進行高溫固溶處理，固溶溫度為1150°C，保溫時間為I小時，然后合金試樣出爐，進行空冷至室溫；第二次進爐:進行高溫時效處理，時效溫度為840°C，保溫時間為I小時，然后合金試樣出爐，進行空冷至室溫；第三次進爐:進行低溫時效處理，時效溫度為780°C，保溫時間為16小時，然后合金試樣出爐，進行空冷至室溫。熱處理后的組織特征和顯微硬度見表1。
[0025]實施例2:
[0026]采用申請?zhí)枮?201310397115.4，名稱為:一種低膨脹抗氧化NiFeCr基高溫合金及其制備方法制成的變形鎳鐵鉻基高溫合金，Y’相的固溶溫度為995°C，將變形后的鎳鐵鉻基合金試樣第一次進爐:進行高溫固溶處理，固溶溫度為1150°C，保溫時間為I小時，然后合金試樣出爐，進行空冷至室溫；第二次進爐:進行高溫時效處理，時效溫度保持在840°C，保溫時間為I小時，然后合金試樣出爐，進行空冷至室溫；第三次進爐:進行低溫時效處理，時效溫度為780°C，保溫時間為8小時，然后合金試樣出爐，進行空冷至室溫。熱處理后的組織特征和顯微硬度見表1。
[0027]實施例3:
[0028]采用申請?zhí)枮?201310397115.4，名稱為:一種低膨脹抗氧化NiFeCr基高溫合金及其制備方法制成的變形鎳鐵鉻基高溫合金，Y’相的固溶溫度為995°C，將變形后的鎳鐵鉻基高溫合金試樣第一次進爐:進行高溫固溶處理，固溶溫度為1150°C，保溫時間為I小時，然后合金試樣出爐，進行空冷至室溫；第二次進爐:進行高溫時效處理，時效溫度為860°C，保溫時間為 0.5小時，然后合金試樣出爐，進行空冷至室溫；第三次進爐:進行低溫時效處理，時效溫度為780°C，保溫時間為16小時，然后合金試樣出爐，進行空冷至室溫。熱處理后的組織特征和顯微硬度見表1。
[0029]比較實施例4
[0030]采用申請?zhí)枮?201310397115.4，名稱為:一種低膨脹抗氧化NiFeCr基高溫合金及其制備方法制成的變形鎳鐵鉻基高溫合金，Y’的固溶溫度為984°C，將變形后的鎳鐵基合金試樣第一次進爐:進行高溫固溶處理，固溶溫度保持在1100°C，保溫時間為I小時，然后合金試樣出爐，進行空冷至室溫；第二次進爐:進行高溫時效處理，時效溫度保持為800°C，保溫時間為16小時，然后合金試樣出爐，進行空冷至室溫。熱處理后的組織特征和顯微硬度見表1。
[0031]比較實施例5
[0032]采用申請?zhí)枮?201310397115.4，名稱為:一種低膨脹抗氧化NiFeCr基高溫合金及其制備方法制成的變形鎳鐵鉻基高溫合金，Y’的固溶溫度為995°C，將變形后的鎳鐵鉻基合金試樣第一次進爐:進行高溫固溶處理，固溶溫度保持在1100°C，保溫時間為I小時，然后合金試樣出爐，進行空冷至室溫；第二次進爐:進行高溫時效處理，時效溫度保持為800°C，保溫時間為16小時，然后合金試樣出爐，進行空冷至室溫。熱處理后的組織特征和顯微硬度見表1。
[0033]表1是本發(fā)明熱處理后得到的組織特征和顯微硬度
[0034]
【權利要求】
1.一種變形鎳鐵鉻基高溫合金的熱處理工藝，其特征在于包括如下步驟: 1)取申請?zhí)枮?201310397115.4，名稱為:一種低膨脹抗氧化NiFeCr基高溫合金及其制備方法制成的變形鎳鐵鉻基高溫合金； 2)第一次進爐高溫固溶處理:在r相固溶溫度以上100~200°C內保溫0.5~2.0小時，然后合金試樣出爐，進行空冷至室溫； 3)第二次進爐高溫時效處理:在Y’相固溶溫度以下100~180°C內保溫0.5~2.0小時，然后合金試樣出爐，進行空冷至室溫； 4)第三次進爐低溫時效處理:在Y’相固溶溫度以下180~250°C內保溫4~20小時，然后合金試樣出爐，進行空冷至室溫得到變形鎳鐵鉻基高溫合金。
2.根據(jù)權利要求1所述的變形鎳鐵鉻基高溫合金的熱處理工藝，其特征在于:所獲得變形鎳鐵鉻基高溫合金的晶粒尺寸不大于120微米。
3.根據(jù)權利要求1所述的變形鎳鐵鉻基高溫合金的熱處理工藝，其特征在于:所獲得的變形鎳鐵鉻基高溫合金的強化相Y , (Ni3(Al, Ti))尺寸不大于90納米，平均尺寸不大于70納米;M23C6型碳化物在晶界均勻分布。
4.根據(jù)權利要求1所述的變形鎳鐵鉻基高溫合金的熱處理工藝，其特征在于:所獲得的變形鎳鐵鉻基高溫合金 的顯微硬度不低于360HV。
【文檔編號】C22F1/10GK103898426SQ201410115190
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月26日 優(yōu)先權日:2014年3月26日
【發(fā)明者】趙新寶, 谷月峰, 尹宏飛, 黨瑩櫻, 魯金濤, 袁勇, 嚴靖博, 楊珍 申請人:西安熱工研究院有限公司