[發明專利]一種鎳-鐵-鉻-硼系高溫合金的熱處理工藝

有效

• 申請號: 201410480000.6
• 申請日: 2014-09-18
• 公開（公告）號: CN104263998A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 黨瑩櫻;趙新寶;尹宏飛;魯金濤;袁勇;楊珍;嚴靖博
• 申請（專利權）人: 中國華能集團公司;西安熱工研究院有限公司
• 主分類號: C22C19/05
• 分類號: C22C19/05;C22F1/10
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 蔡和平

技術領域

本發明屬于金屬熱處理加工技術領域，特別涉及一種鎳-鐵-鉻-硼系高溫合金的熱處理工藝。

背景技術

在發展700℃級超超臨界電站的過程中，具有優異的高溫強度和抗氧化腐蝕性能的高溫材料的開發至關重要，是實現機組可靠運行的關鍵。對于服役條件最苛刻的過/再熱器高溫段，傳統的鐵素體耐熱鋼和奧氏體耐熱鋼已不再適用，鎳-鈷基、鎳基及鎳-鐵基合金成為目前主要的三類候選材料。已有研究表明，這類合金在高溫、長期運行條件下的斷裂方式多為沿晶開裂，因此對晶界的強化成為目前研究的一個熱點。其中，鎳-鐵-鉻-硼系合金通過添加適量的鉻與硼元素穩定晶界，提高晶界強度，并用鐵取代部分鎳從而大幅度降低生產成本，具有較好的應用前景。

鎳-鐵-鉻-硼系合金富集鉻與硼元素，在熱處理過程中易形成硼化物(如MB₂、M₃B₂)、α-Cr及σ相等第二相。這些析出相的存在一方面會剝奪強化相_γ’及M₂₃C₆等的形成元素，如Cr、Ti等，減少強化相的數量；另一方面由于其自身形貌、析出位置等原因往往會損害合金的力學性能，進而影響材料的使用壽命。因此，合理的熱處理制度成為保證合金在析出大量強化相的同時不析出或少析出上述非強化相，進而擁有優異的力學性能的關鍵。據此，如何制定熱處理工藝，使合金能夠保持長期的組織穩定性成為本發明的一個關鍵。

發明內容

本發明的目的在于提供一種鎳-鐵-鉻-硼系高溫合金的熱處理工藝，該工藝能夠消除或減少熱處理過程中的非強化相，保證材料的長期組織穩定性以及高強性。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案為：首先，在合金初熔溫度以下100～200℃內對合金保溫0.5h～2.0h以進行高溫固溶處理，隨后空冷至室溫；接著在高于合金非強化相α-Cr析出溫度且低于合金強化相M₂₃C₆析出溫度的溫度范圍內保溫6h～24h以進行中溫時效處理，隨后空冷至室溫，完成對合金的熱處理。

所述的合金的化學成分滿足如下要求：按質量分數，含有18％～27％的Fe，20％～25％的Cr，1.2％～1.8％的Ti，1.0％～1.5％的Al，≤1.5％的Nb，0.5％～1.5％的Mo，≤0.5％的W，≤0.5％的Si，≤0.5％的Mn，≤0.05％的Zr，≤0.06％的C，≤0.01％的B，其余為Ni。

所述的合金的化學成分滿足如下要求：按質量分數，含有25％的Fe，22％的Cr，1.5％的Ti，1.3％的Al，0.8％的Nb，0.8％的Mo，0.2％的W，0.1％的Si，0.3％的Mn，0.02％的Zr，0.03％的C，0.005％的B，其余為Ni。

所述的合金的化學成分滿足如下要求：按質量分數，含有20％的Fe，22％的Cr，1.5％的Ti，1.3％的Al，1.2％的Nb，0.8％的Mo，0.2％的W，0.01％的Si，0.3％的Mn，0.02％的Zr，0.03％的C，0.003％的B，其余為Ni。

合金熱處理后的晶界上均勻分布M₂₃C₆型強化相，顯微硬度平均值在300Hv以上。

與現有技術相比，本發明的有益效果在于：本發明依次對合金進行一次高溫固溶處理和一次中溫時效處理的方法，經處理后的合金晶界均勻分布大量M₂₃C₆型碳化物，合金750℃長期熱暴露后的組織穩定，顯微硬度波動較小；同時使合金在析出大量強化相的同時有效抑制非強化相的析出，保證了組織的長期穩定性及強度；此外，本發明熱處理工藝相對簡單，取消了中間處理等環節，可以進一步縮短工藝流程、提高生產效率、降低能源消耗。

附圖說明

圖1為實施例1中合金1經熱處理后的顯微組織圖；

圖2為實施例1中合金1經熱處理及750℃/500h熱暴露后的顯微組織圖；

圖3為實施例1中合金1經熱處理及750℃/500h熱暴露后的顯微硬度圖；其中，a為本實施例1工藝處理過的合金1的結果，b為本發明處理的合金1經過750℃熱暴露500h的結果。

圖4為本實施例2中合金2經熱處理后的顯微組織圖；

圖5為本實施例2中合金2經熱處理及750℃/500h熱暴露后的顯微組織圖；