一种冷轧态镍铁基高温合金晶界强化的热处理工艺.pdf

1、10申请公布号CN104152827A43申请公布日20141119CN104152827A21申请号201410384335822申请日20140806C22F1/10200601C22F1/16200601C22C19/05200601C22C30/0020060171申请人华能国际电力股份有限公司地址100031北京市西城区复兴门内大街6号申请人西安热工研究院有限公司72发明人尹宏飞谷月峰赵新宝党莹樱鲁金涛严靖博杨珍74专利代理机构西安通大专利代理有限责任公司61200代理人徐文权54发明名称一种冷轧态镍铁基高温合金晶界强化的热处理工艺57摘要本发明公开了一种冷轧态镍铁基高温合金晶界强化

2、的热处理工艺，包括以下三个步骤1在084087TMTM为合金材料的热力学熔点温度进行固溶处理07515小时，然后将镍铁基高温合金试样出炉，进行空冷至室温；2在M23C6型碳化物固溶温度以下3060保温12小时，然后将镍铁基高温合金试样出炉，进行空冷至室温；3在相固溶温度以下150200保温820小时，然后将镍铁基高温合金试样出炉，进行空冷至室温。通过本发明热处理工艺获得的镍铁基高温合金在晶界连续、均匀分布有M23C6型碳化物，在晶内均匀分布有强化相，且合金在高温条件下持久性能好，显微硬度较高，具有较高的抗拉强度。51INTCL权利要求书1页说明书3页附图2页19中华人民共和国国家知识产权局12

3、发明专利申请权利要求书1页说明书3页附图2页10申请公布号CN104152827ACN104152827A1/1页21一种冷轧态镍铁基高温合金晶界强化的热处理工艺，其特征在于，包括如下步骤1按质量分数取以下成分范围内的镍铁基高温合金冷轧板材，具体成分为CR元素含量200250；FE元素含量200300；MN元素含量0410；SI元素含量00502；NB元素含量0410；W元素含量0420；MO元素含量0105；AL元素含量1120；TI元素含量1220；C元素含量001005；B元素含量00010005；ZR元素含量001005；V元素含量0110；N元素含量001003；其余为NI元素含量；

4、2第一步进行高温固溶处理在084087TM下进行固溶处理07515小时，然后将镍铁基高温合金试样出炉，进行空冷至室温；3第二步进行高温时效处理在M23C6型碳化物固溶温度以下3060保温12小时，然后将镍铁基高温合金试样出炉，进行空冷至室温；4第三步进行低温时效处理在相固溶温度以下150200保温820小时，然后将镍铁基高温合金试样出炉，进行空冷至室温，得到晶界强化的镍铁基高温合金。2根据权利要求1所述的冷轧态镍铁基高温合金晶界强化的热处理工艺，其特征在于所获得的镍铁基高温合金的平均晶粒度不大于120微米。3根据权利要求1所述的冷轧态镍铁基高温合金晶界强化的热处理工艺，其特征在于所获得的镍铁基

5、高温合金的强化相平均尺寸不大于60纳米，最大尺寸不超过80纳米；M23C6型碳化物在晶界连续、均匀分布。4根据权利要求1所述的冷轧态镍铁基高温合金晶界强化的热处理工艺，其特征在于所获得的镍铁基高温合金的显微硬度在300HV以上。权利要求书CN104152827A1/3页3一种冷轧态镍铁基高温合金晶界强化的热处理工艺【技术领域】0001本发明属于电站高温合金材料领域，具体为一种具有/双相组织的冷轧态镍铁基高温合金晶界强化的热处理工艺。【背景技术】0002随着电力技术的发展，发展700超超临界燃煤发电技术，对我国节约能源、降低污染物和二氧化碳排放具有十分重要的战略意义和实际应用价值。电站蒸汽参数从

6、600超超临界和亚临界提高到700超超临界水平700/35MPA，就要求关键部件选用的金属材料的性能要适应锅炉内部更加恶劣的服役环境。传统耐热钢已不能满足使用要求，而镍铁基高温合金相对于镍基高温合金具有更好的经济性和加工性，具有较好的开发和应用前景。对于服役时间在十几万小时甚至更长的电站关键高温部件如管道、汽轮机叶片等材料，其高温持久强度是一项重要衡量指标，即要求材料在服役温度下10万小时的持久强度不低于100MPA。0003镍铁基高温合金的基体为奥氏体相，晶内主要的沉淀强化相有NI3TI、AL和“NI3NB相两类，晶界主要分布少量碳化物、硼化物、LAVES相如FE2NB和相等，其中M23C6

7、型碳化物是镍铁基高温合金晶界最重要的强化相。在高温下，晶界处是合金组织的薄弱环节，若晶界强度较低，合金在长期持久应力作用下易发生沿晶断裂，严重影响合金材料的高温持久强度。因此，为获得较高的持久强度，必须通过不同的热处理工艺调整合金在冷轧后的晶粒度大小和晶界析出相的种类和分布，以提高晶界的高温强度和蠕变抗力。【发明内容】0004本发明的目的在于提供一种冷轧态镍铁基高温合金晶界强化的热处理工艺，提高镍铁基高温合金的高温持久强度。0005为达到上述目的，本发明采用的技术方案是0006一种冷轧态镍铁基高温合金晶界强化的热处理工艺，包括如下步骤00071按质量分数取以下成分范围内的镍铁基高温合金冷轧板材

8、，具体成分为CR元素含量200250；FE元素含量200300；MN元素含量0410；SI元素含量00502；NB元素含量0410；W元素含量0420；MO元素含量0105；AL元素含量1120；TI元素含量1220；C元素含量001005；B元素含量00010005；ZR元素含量001005；V元素含量0110；N元素含量001003；其余为NI元素含量；00082第一步进行高温固溶处理在084087TM下进行固溶处理07515小时，然后将镍铁基高温合金试样出炉，进行出炉空冷至室温；00093第二步进行高温时效处理在M23C6型碳化物固溶温度以下3060保温12小时，然后将镍铁基高温合金试样

9、出炉，进行空冷至室温；说明书CN104152827A2/3页400104第三步进行低温时效处理在相固溶温度以下150200保温820小时，然后将镍铁基高温合金试样出炉，进行空冷至室温，得到晶界强化的镍铁基高温合金。0011本发明进一步改进在于，所获得的镍铁基高温合金的平均晶粒度不大于120微米。0012本发明进一步改进在于，所获得的镍铁基高温合金的强化相NI3AL,TI平均尺寸不大于60纳米，最大尺寸不超过80纳米；M23C6型碳化物在晶界连续、均匀分布。0013本发明进一步改进在于，所获得的镍铁基高温合金的显微硬度达到300HV以上。0014与现有技术相比，本发明针对该成分范围内700超超临

10、界电站用/双相镍铁基高温合金，通过对该类合金冷轧后进行三个阶段的热处理，以对合金晶界进行强化，提高合金的高温持久强度。0015冷轧后的镍铁基高温合金的组织为加工硬化的奥氏体基体带状组织，具有明显的取向性。固溶处理的过程中首先是让加工硬化的的组织发生再结晶和晶粒长大；同时使相全部固溶到基体中。固溶处理温度不宜太高或时间不宜太长，否则会导致奥氏体再结晶后晶粒过于粗大，晶界氧化严重。本发明限定的固溶处理温度为084087TMTM为合金材料的热力学熔点温度进行固溶处理07515小时，既可使合金冷轧后充分再结晶、控制晶粒度大小，同时也使相充分固溶在基体中。0016在高温条件下，合金晶界处相对晶内为薄弱的

11、环节，为提高合金的高温持久强度，必须防止合金从晶界处萌生裂纹导致沿晶断裂。在晶界上析出M23C6型碳化物及微量的硼化物可以强化晶界的高温强度，但碳化物在晶界上不同的分布形貌对性能的影响很大。本发明通过控制时效处理温度和时间来控制M23C6型碳化物在晶界的析出量和分布形貌，提出该类镍铁基高温合金固溶处理后的时效工艺为在M23C6型碳化物固溶温度以下3060保温07515小时，可使碳化物及微量硼化物连续、均匀地分布在晶界，从而强化晶界以提高持久性能。0017相析出强化是高温合金晶内主要的强化方式，相的尺寸和体积分数与合金性能密切相关，亦由时效处理时的温度和时间决定。时效温度太高或者时间太长会导致相

12、尺寸粗大，合金的性能劣化；时效后采取空冷的冷却方式可以获得尺寸较小的相。本发明低温时效工艺为在相固溶温度以下150200保温820小时，然后空冷至室温。0018本发明的技术优势在于获得的合金组织晶粒尺寸相对较大；晶界连续、均匀分布的M23C6型碳化物在高温时对晶界的强化作用好，能显著提高合金的显微硬度、抗拉强度和持久强度。【附图说明】0019图1为本发明冷轧态镍铁基高温合金材料热处理工艺示意图；0020图2为本发明得到的镍铁基高温合金的宏观组织形貌图；0021图3为本发明得到的镍铁基高温合金的强化相组织形貌图；0022图4为晶界析出的M23C6型碳化物组织形貌图。【具体实施方式】说明书CN10

13、4152827A3/3页50023下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。0024实施例10025参见图1，取发明内容中成分范围内的一种镍铁基高温合金，该合金熔点温度为14001673K，相的固溶温度为934，M23C6型碳化物的固溶温度为855。将该成分镍铁基高温合金板材在室温下从20MM轧制到10MM，然后进行第一步固溶处理，将合金样品在1150保温时间为1小时后出炉空冷至室温；第二步进行高温时效处理，将合金样品在820保温1小时后空冷至室温；第三步进行低温时效处理，将合金样品在780保温16小时后空冷至室温。热处理后的合金组织晶粒度113微米，相平均尺寸为55纳米，晶界连续、均

14、匀分布着碳化物见图2和图3，显微硬度为302HV。0026实施例20027参见图1，取发明内容中成分范围内的一种镍铁基高温合金，该合金熔点温度为13921665K，相的固溶温度为956，M23C6型碳化物的固溶温度为839。将该成分镍铁基高温合金板材在室温下从20MM轧制到10MM，然后进行第一步固溶处理，将合金样品在1150保温时间为075小时后出炉空冷至室温；第二步进行高温时效处理，将合金样品在810保温1小时后空冷至室温；第三步进行低温时效处理，将合金样品在770保温12小时后空冷至室温。热处理后的合金组织晶粒度120微米，相平均尺寸为60纳米，晶界连续、均匀分布着碳化物见图2和图3，显微硬度为306HV。0028由图4可以看出，经过本发明处理后，M23C6型碳化物在晶界处连续、均匀分布，填充整个晶界；而未经该方法得到的晶界析出物量少、不连续，且在晶界上发生偏聚、长大，不能均匀地填充满整个晶界，在晶界上没有析出物的位置从而成为了材料的薄软环节。说明书CN104152827A1/2页6图1图2说明书附图CN104152827A2/2页7图3图4说明书附图CN104152827A