[發明專利]一種冷軋態鎳鐵基高溫合金晶界強化的熱處理工藝

有效

• 申請號: 201410384335.8
• 申請日: 2014-08-06
• 公開（公告）號: CN104152827A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 尹宏飛;谷月峰;趙新寶;黨瑩櫻;魯金濤;嚴靖博;楊珍
• 申請（專利權）人: 華能國際電力股份有限公司;西安熱工研究院有限公司
• 主分類號: C22F1/10
• 分類號: C22F1/10;C22F1/16;C22C19/05;C22C30/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

【技術領域】

本發明屬于電站高溫合金材料領域，具體為一種具有γ/γ′雙相組織的冷軋態鎳鐵基高溫合金晶界強化的熱處理工藝。

【背景技術】

隨著電力技術的發展，發展700℃超超臨界燃煤發電技術，對我國節約能源、降低污染物和二氧化碳排放具有十分重要的戰略意義和實際應用價值。電站蒸汽參數從600℃超(超)臨界和亞臨界提高到700℃超超臨界水平(700℃/35MPa)，就要求關鍵部件選用的金屬材料的性能要適應鍋爐內部更加惡劣的服役環境。傳統耐熱鋼已不能滿足使用要求，而鎳鐵基高溫合金相對于鎳基高溫合金具有更好的經濟性和加工性，具有較好的開發和應用前景。對于服役時間在十幾萬小時甚至更長的電站關鍵高溫部件(如管道、汽輪機葉片等)材料，其高溫持久強度是一項重要衡量指標，即要求材料在服役溫度下10萬小時的持久強度不低于100MPa。

鎳鐵基高溫合金的基體為奧氏體γ相，晶內主要的沉淀強化相有γ'(Ni₃(Ti、Al))和γ(Ni₃Nb)相兩類，晶界主要分布少量碳化物、硼化物、Laves相(如Fe₂Nb)和δ相等，其中M₂₃C₆型碳化物是鎳鐵基高溫合金晶界最重要的強化相。在高溫下，晶界處是合金組織的薄弱環節，若晶界強度較低，合金在長期持久應力作用下易發生沿晶斷裂，嚴重影響合金材料的高溫持久強度。因此，為獲得較高的持久強度，必須通過不同的熱處理工藝調整合金在冷軋后的晶粒度大小和晶界析出相的種類和分布，以提高晶界的高溫強度和蠕變抗力。

【發明內容】

本發明的目的在于提供一種冷軋態鎳鐵基高溫合金晶界強化的熱處理工藝，提高鎳鐵基高溫合金的高溫持久強度。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種冷軋態鎳鐵基高溫合金晶界強化的熱處理工藝，包括如下步驟：

1)按質量分數取以下成分范圍內的鎳鐵基高溫合金冷軋板材，具體成分為：Cr元素含量20.0～25.0％；Fe元素含量20.0～30.0％；Mn元素含量0.4～1.0％；Si元素含量0.05～0.2％；Nb元素含量0.4～1.0％；W元素含量0.4～2.0％；Mo元素含量0.1～0.5％；Al元素含量1.1～2.0％；Ti元素含量1.2～2.0％；C元素含量0.01～0.05％；B元素含量0.001～0.005％；Zr元素含量0.01～0.05％；V元素含量0.1～1.0％；N元素含量0.01～0.03％；其余為Ni元素含量；

2)第一步進行高溫固溶處理：在0.84～0.87T_m下進行固溶處理0.75～1.5小時，然后將鎳鐵基高溫合金試樣出爐，進行出爐空冷至室溫；

3)第二步進行高溫時效處理：在M₂₃C₆型碳化物固溶溫度以下30～60℃保溫1～2小時，然后將鎳鐵基高溫合金試樣出爐，進行空冷至室溫；

4)第三步進行低溫時效處理：在γ'相固溶溫度以下150～200℃保溫8～20小時，然后將鎳鐵基高溫合金試樣出爐，進行空冷至室溫，得到晶界強化的鎳鐵基高溫合金。

本發明進一步改進在于，所獲得的鎳鐵基高溫合金的平均晶粒度不大于120微米。

本發明進一步改進在于，所獲得的鎳鐵基高溫合金的強化相γ'(Ni₃(Al,Ti))平均尺寸不大于60納米，最大尺寸不超過80納米；M₂₃C₆型碳化物在晶界連續、均勻分布。

本發明進一步改進在于，所獲得的鎳鐵基高溫合金的顯微硬度達到300HV以上。

與現有技術相比，本發明針對該成分范圍內700℃超超臨界電站用γ/γ'雙相鎳鐵基高溫合金，通過對該類合金冷軋后進行三個階段的熱處理，以對合金晶界進行強化，提高合金的高溫持久強度。

冷軋后的鎳鐵基高溫合金的組織為加工硬化的奧氏體基體帶狀組織，具有明顯的取向性。固溶處理的過程中首先是讓加工硬化的的組織發生再結晶和晶粒長大；同時使γ'相全部固溶到γ基體中。固溶處理溫度不宜太高或時間不宜太長，否則會導致奧氏體再結晶后晶粒過于粗大，晶界氧化嚴重。本發明限定的固溶處理溫度為0.84～0.87T_m(T_m為合金材料的熱力學熔點溫度)進行固溶處理0.75～1.5小時，既可使合金冷軋后充分再結晶、控制晶粒度大小，同時也使γ'相充分固溶在基體中。