[发明专利]一种获得镍铁铬基变形高温合金弯曲锯齿晶界的热处理工艺

说明书

一种获得镍铁铬基变形高温合金锯齿弯曲晶界的热处理工艺，1)在γ'相析出温度以下20～150℃保温0.5～4小时进行中温处理；2)从中温处理温度升到1050～1200℃，保温0.5～2小时后水冷；3)在γ'相析出温度以下150～350℃保温4～30小时，空冷至室温。本发明能够在镍铁铬基变形高温合金的晶粒间形成锯齿弯曲晶界，强化晶界强度，有效控制晶内析出相γ'的尺寸，提高镍铁铬基变形高温合金的综合力学性能；热处理工艺简单容易控制。

技术领域

本发明涉及热处理技术领域，具体为一种获得镍铁铬基变形高温合金弯曲锯齿晶界的热处理工艺。

背景技术

在火电机组中，锅炉末级过热器和再热器的服役环境最为苛刻，对于700℃超超临界机组锅炉，传统的铁素体和奥氏体钢已不能满足末级过热器和再热器的使用要求。镍铁基高温合金由于具有较高的力学性能和抗氧化、耐腐蚀性能，以及良好的经济性和加工性，是700℃超超临界机组锅炉重要的候选合金之一。

镍铁铬基高温合金的基体为奥氏体，晶内主要利用沉淀强化相γ'(Ni₃(Ti、Al))进行析出沉淀强化，晶界利用M₂₃C₆型碳化物进行晶界强化。为获得较好的综合性能，该类合金主要采用的热处理制度为高温固溶处理后空冷或水淬等方式冷却到室温，随后添加1步或者2步低温时效处理，在晶内析出强化相γ'的同时在晶界析出碳化物M₂₃C₆相；该类热处理工艺获得的晶粒间晶界形状多为平直状。

锅炉管合金要求合金在服役温度条件下，其持久寿命达到十万小时以上。为提高高温合金的高温持久强度，需要提高晶内和晶界的强度，防止晶界上裂纹和孔洞的形成与长大，减少沿晶断裂的趋势。弯曲的锯齿晶界可以降低高温下晶界的移动速率和裂纹扩展速率，提高抵抗高温蠕变断裂和疲劳裂纹扩展的抗力。为获得锯齿晶界，目前采用的主要热处理工艺为先对合金进行高温固溶处理，随后从固溶处理温度缓慢冷却到特定温度进行保温处理，在晶界获得弯曲锯齿晶界。但该类工艺主要存在两个方面的问题：首先在从固溶温度缓慢冷却到特定温度时，由于受热处理炉炉体结构的影响，均匀的冷速不易控制，特别是在冷速相对较快时，缓冷过程的最后阶段拟定的冷速可能高于炉冷的速率而难以实现；其次，在特定温度进行保温时，保温温度和保温时间不仅与弯曲锯齿晶界的形貌有关，还与其他相的形核和长大联系密切，不合适的工艺可造成其他相过渡长大，造成晶内和晶界的强度降低。该类热处理工艺的温度和时间参数选择相对较为苛刻，需要进一步改进热处理工艺。

目前高温合金获得锯齿晶界的方法，通常为在高温固溶并保温一段时间来获得合适的晶粒度；随后从固溶温度缓慢冷却到γ'相形核温度以下，并在此温度保温一定的时间，以促使晶界形成弯曲锯齿晶界；但与此同时γ'相形核并长大。若保温温度太高或者时间太长，造成γ'相会过早大量形核、长大，在后期低温时效过程中会进一步粗化，超过γ'相临界尺寸而降低合金的显微硬度、拉伸等性能力学性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种获得镍铁铬基变形高温合金弯曲锯齿晶界的热处理工艺，通过提出新型的热处理工艺，在镍铁铬基变形高温合金的晶粒间获得弯曲锯齿晶界，同时在晶内获得合适尺寸的γ'相。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种获得镍铁铬基变形高温合金弯曲锯齿晶界的热处理工艺，包括如下步骤：

将轧制变形后的镍铁铬基变形高温合金，进行中温保温处理，然后从中温保温处理的温度升温到1050～1200℃进行高温固溶处理；最后进行低温时效处理，获得镍铁铬基变形高温合金弯曲锯齿晶界；

其中，该镍铁铬基变形高温合金按质量百分数计，包括：Fe 20-30％，Cr 19-25％，Al 1.5-2.0％，Ti 1.0-2.5％，Nb≤2.0％，Mo≤2.0％，W≤2.0％，Si≤0.5％，Mn≤1.0，Cu≤0.5，C≤0.1％，B≤0.01％，Zr≤0.05％，P≤0.05％，稀土元素≤0.20％，其余为Ni。