[發(fā)明專利]一種立方形態(tài)B2納米粒子共格析出的高溫700℃用鐵基超合金

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010554765.5
• 申請(qǐng)日: 2020-06-17
• 公開（公告）號(hào): CN111607749B
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王清;王鎮(zhèn)華;董闖
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C38/54
• 分類號(hào): C22C38/54;C22C38/44;C22C38/50;C22C33/04;B22D18/06;C21D1/30
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 李曉亮;潘迅

一種立方形態(tài)B2納米粒子共格析出的高溫700℃用鐵基超合金，屬于耐熱不銹鋼領(lǐng)域，包括Fe、Cr、Ni、Al、Mo、W、Zr、B元素，C、Si、Mn、S、P、O、N為雜質(zhì)元素，其合金成分的質(zhì)量百分比(wt.％)為Cr：10.0～12.0，Ni：13.0～15.0，Al：6.0～7.0，Mo：2.0～3.0，W：0.3～0.7，Zr：0.03～0.05，B：0.004～0.007，C≤0.02，Si≤0.20，Mn≤0.20，S≤0.01，P≤0.02，O≤0.005，N≤0.02，F(xiàn)e：余量；且Zr/B的原子百分?jǐn)?shù)比例為1:1，Cr/(Mo+W)的原子百分?jǐn)?shù)比例為8:1，Mo/W的原子百分?jǐn)?shù)比例為8:1。本發(fā)明通過合金成分設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了立方形態(tài)B2納米粒子在鐵素體基體上共格析出，且在高溫表現(xiàn)出良好的BCC/B2共格組織穩(wěn)定性，從而使得該合金的高溫力學(xué)性能得到最大提升，實(shí)現(xiàn)了高溫下具有高強(qiáng)度和良好塑性的目的，且熔煉及制備工藝簡單，是一種新型鐵基超合金。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于耐熱不銹鋼領(lǐng)域，特別涉及一種立方形態(tài)B2納米粒子共格析出高溫700℃用鐵基超合金。

背景技術(shù)

高性能工程合金的力學(xué)性能與其微觀組織結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，尤其高溫強(qiáng)度，主要受控于固溶體基體上析出的第二相粒子的形貌、尺寸及分布狀態(tài)。傳統(tǒng)體心立方(BCC)鐵基超合金(包括鐵素體和馬氏體)由于其高強(qiáng)度、高熱導(dǎo)率、低熱膨脹系數(shù)、以及良好的耐蝕性得到廣泛的關(guān)注。在這類超合金中，用于強(qiáng)化BCC基體的第二相主要為碳化物(MC、M₂₃C₆等)和金屬間化合物(Ni₃M、Laves-Fe₂M相、G-Ni₁₆Nb₆Si₇相、Z-CrNbN相)。這些析出相的晶體結(jié)構(gòu)和點(diǎn)陣常數(shù)都與BCC固溶體基體存在較大差異，故析出相粒子只能與BCC基體保持半共格或非共格界面關(guān)系。這會(huì)使得這些析出相具有較高的形核勢壘，易于在位錯(cuò)等缺陷處形核，從而造成第二相粒子的不均勻析出；此外，在長期時(shí)效或高溫蠕變過程中，半共格和非共格析出的第二相粒子都易于沿著低錯(cuò)配度方向長大和粗化。在傳統(tǒng)的鐵素體/馬氏體(F/M)耐熱鋼T92/P92(Fe-9Cr-0.5Mo-1.8W-0.2V-0.1C wt.％)中，在服役溫度超過650℃時(shí)，基體中的碳化物粒子會(huì)嚴(yán)重粗化，嚴(yán)重?fù)p害了該類合金的力學(xué)性能，尤其是高溫強(qiáng)度。

不同于傳統(tǒng)鐵基超合金，Ni基超合金在高溫下表現(xiàn)出其它合金無可比擬的優(yōu)異力學(xué)性能，主要得益于其獨(dú)特的微觀組織，即立方形態(tài)的有序相γ′粒子共格析出在固溶體γ基體上。這類超合金都是成分復(fù)雜合金，通常添加十余種微量合金化元素來調(diào)控基體與析出粒子之間的點(diǎn)陣錯(cuò)配度，從而實(shí)現(xiàn)立方形態(tài)納米粒子的共格析出。類似地，在含Al的Fe基超合金中，球形的有序相B2納米粒子在體心立方BCC固溶體基體上的共格析出也在一定程度上改善了合金的高溫蠕變性能。然而，研究表明只有立方形態(tài)的共格析出組織才能確保合金高溫強(qiáng)度的最大提升，但這種組織很難出現(xiàn)在B2強(qiáng)化的BCC鐵基超合金中，本質(zhì)原因在于有序B2相通常位于相圖的中間位置，與BCC母相成分相差較大，故很難調(diào)控二者之間的點(diǎn)陣錯(cuò)配度。這表明此類含Al的Fe基超合金中合金元素需要進(jìn)一步的調(diào)整與優(yōu)化，才能實(shí)現(xiàn)立方形態(tài)的B2納米粒子在BCC基體上共格析出，即高溫合金的理想組織，以此來改善合金的高溫力學(xué)性能。

因此，在BCC鐵基高溫超合金中難以實(shí)現(xiàn)立方形態(tài)的B2納米粒子共格析出，已經(jīng)成為發(fā)展鐵基超合金的瓶頸。鑒于此，本發(fā)明提供了一種立方形態(tài)B2納米粒子共格析出高溫700℃用鐵基超合金，其獨(dú)特的立方形態(tài)B2納米粒子在BCC基體上的共格析出組織，會(huì)使得該合金能夠在高溫700℃環(huán)境中應(yīng)用，并在高溫下表現(xiàn)出良好的組織穩(wěn)定性和高強(qiáng)度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明設(shè)計(jì)開發(fā)了一種立方形態(tài)B2納米粒子共格析出的高溫700℃用鐵基超合金。本發(fā)明的目的是通過實(shí)現(xiàn)立方形態(tài)B2納米粒子在BCC鐵素體基體上共格析出，從而設(shè)計(jì)出一種具有良好的高溫組織穩(wěn)定性和高強(qiáng)度的鐵基超合金。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：