[发明专利]一种控制含Nb镍基高温合金中δ相析出的方法

说明书

本发明公开了一种控制含Nb镍基高温合金中δ相析出的方法，属于高温合金材料技术领域。该方法包括配料、铸造、热处理，通过在原有材料化学成分的基础上添加Al、Ti及微量元素B和Hf，根据实验验证，当加入量为Al为0.5‑1.5wt％、Ti为0.2‑1.0wt％、B为0.0010‑0.0075wt.％、Hf为0.1‑1.00wt％的时候，可以达到控制δ相在晶界区域析出，减少γ亚稳相，抑制γ向δ相转变，促进稳定沉淀强化相析出的效果。从而显著提高材料的持久寿命、强度和组织稳定性。

技术领域

本发明涉及高温合金材料技术领域，具体涉及一种控制含Nb镍基高温合金中δ相析出的方法，该含Nb镍基高温合金应用于超超临界机组。

背景技术

随着世界各国加大对提高能源利用率以及对降低污染排放的要求,为将超超临界燃煤发电机组的蒸汽温度由目前成功使用的600℃提高到将来的700℃，必须采用承温能力更高的镍基、镍-钴基和镍-铁基高温合金来代替传统的铁素体与奥氏体耐热钢。

超超临界汽轮机机组转子、气缸等部件锭型大，使用大量高温合金，可以重达百吨，部件本身存在温度和应力不均匀，各处元素偏析程度不同的问题；另外，机组大型铸件用含Nb高温合金析出针状δ-NbNi₃相，合金长期服役过程中，δ相先析出在晶界和晶内退化的一次MC碳化物周围，在后续的长期服役条件下，晶内的合金基体中析出的亚稳相γ″相转化为δ相。当δ相数量较多时，对于合金的性能，尤其是高温长期性能，往往存在有害作用，明显降低抗张强度、屈服强度和持久时间；大量针状δ相在晶内析出，将造成持久寿命严重降低，合金容易产生裂纹。

含Nb高温合金析出的δ-NbNi₃相具有正交有序结构，是亚稳相γ″相的稳定相，晶格常数a＝0.5106nm，b＝0.4251nm，c＝0.4556nm。在含Nb较高的铁基或镍基合金中，往往形成γ″相，起沉淀强化作用。由于γ″-NixNb相不稳定，在特定的热环境条件下，γ″相可以转化为δ-Ni₃Nb相，或者直接从γ基体析出，甚至从液态合金中析出一次δ相。δ相析出温度在750-1020℃区间范围。

由于多种元素对合金体系的共同作用很复杂，研究难度较大，传统上，多考虑单一晶界或相界上的杂质或合金元素对合金体系的影响。事实上，δ-Ni₃Nb相成分可以有很大变化，Al和Ti可以取代部分Nb，Cr既可取代Ni，也可取代Nb。在高Nb的镍基高温合金的凝固后期，除发生L→(γ+Laves)共晶反应外，在剩余液体中由于Ni、Ti、Nb等元素富集，有利于δ-Ni₃Nb相的形核与长大，而形成δ相。另外，控制晶界上相分布也可以间接控制δ相的析出。因此，控制δ相析出关联到多种元素的相互作用。

发明内容

本发明的目的是提供一种控制含Nb镍基高温合金中δ相析出的方法，该方法通过控制δ相析出数量和析出位置，从而解决此类合金中针状δ相数量过多引起的长期服役过程中产生裂纹的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种控制含Nb镍基高温合金中δ相析出的方法，该方法通过设计含Nb镍基高温合金中的化学组成，通过多元素共同作用实现控制δ相析出，按重量百分含量计，该含Nb镍基高温合金化学成分如下：

C0.06％，Cr 20-23％，Mo 8.0-10.0％，Nb 3.15-4.50％，Fe5.0％，Mn0.3％，Si0.3％，Al 0.5-1.5％，Ti 0.2-1.0％，B 0.0010-0.0075％，Hf 0.1-1.0％，Ni为余量。

按重量百分含量计，该含Nb镍基高温合金优选的化学成分如下：

C 0.02-0.05％，Cr 20-23％，Mo 8.0-10.0％，Nb 3.15-4.50％，Fe≤0.5％，Mn0.3％，Si0.3％，Al 0.6-1.4％，Ti 0.5-1.0％，B 0.0030-0.0075％，Hf 0.2-0.8％，Ni为余量。