本發(fā)明涉及熱處理
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體為一種獲得鎳鐵鉻基變形高溫合金彎曲鋸齒晶界的熱處理工藝。
背景技術(shù)：
：在火電機(jī)組中，鍋爐末級(jí)過(guò)熱器和再熱器的服役環(huán)境最為苛刻，對(duì)于700℃超超臨界機(jī)組鍋爐，傳統(tǒng)的鐵素體和奧氏體鋼已不能滿足末級(jí)過(guò)熱器和再熱器的使用要求。鎳鐵基高溫合金由于具有較高的力學(xué)性能和抗氧化、耐腐蝕性能，以及良好的經(jīng)濟(jì)性和加工性，是700℃超超臨界機(jī)組鍋爐重要的候選合金之一。鎳鐵鉻基高溫合金的基體為奧氏體，晶內(nèi)主要利用沉淀強(qiáng)化相γ'(ni3(ti、al))進(jìn)行析出沉淀強(qiáng)化，晶界利用m23c6型碳化物進(jìn)行晶界強(qiáng)化。為獲得較好的綜合性能，該類(lèi)合金主要采用的熱處理制度為高溫固溶處理后空冷或水淬等方式冷卻到室溫，隨后添加1步或者2步低溫時(shí)效處理，在晶內(nèi)析出強(qiáng)化相γ'的同時(shí)在晶界析出碳化物m23c6相；該類(lèi)熱處理工藝獲得的晶粒間晶界形狀多為平直狀。鍋爐管合金要求合金在服役溫度條件下，其持久壽命達(dá)到十萬(wàn)小時(shí)以上。為提高高溫合金的高溫持久強(qiáng)度，需要提高晶內(nèi)和晶界的強(qiáng)度，防止晶界上裂紋和孔洞的形成與長(zhǎng)大，減少沿晶斷裂的趨勢(shì)。彎曲的鋸齒晶界可以降低高溫下晶界的移動(dòng)速率和裂紋擴(kuò)展速率，提高抵抗高溫蠕變斷裂和疲勞裂紋擴(kuò)展的抗力。為獲得鋸齒晶界，目前采用的主要熱處理工藝為先對(duì)合金進(jìn)行高溫固溶處理，隨后從固溶處理溫度緩慢冷卻到特定溫度進(jìn)行保溫處理，在晶界獲得彎曲鋸齒晶界。但該類(lèi)工藝主要存在兩個(gè)方面的問(wèn)題：首先在從固溶溫度緩慢冷卻到特定溫度時(shí)，由于受熱處理爐爐體結(jié)構(gòu)的影響，均勻的冷速不易控制，特別是在冷速相對(duì)較快時(shí)，緩冷過(guò)程的最后階段擬定的冷速可能高于爐冷的速率而難以實(shí)現(xiàn)；其次，在特定溫度進(jìn)行保溫時(shí)，保溫溫度和保溫時(shí)間不僅與彎曲鋸齒晶界的形貌有關(guān)，還與其他相的形核和長(zhǎng)大聯(lián)系密切，不合適的工藝可造成其他相過(guò)渡長(zhǎng)大，造成晶內(nèi)和晶界的強(qiáng)度降低。該類(lèi)熱處理工藝的溫度和時(shí)間參數(shù)選擇相對(duì)較為苛刻，需要進(jìn)一步改進(jìn)熱處理工藝。目前高溫合金獲得鋸齒晶界的方法，通常為在高溫固溶并保溫一段時(shí)間來(lái)獲得合適的晶粒度；隨后從固溶溫度緩慢冷卻到γ'相形核溫度以下，并在此溫度保溫一定的時(shí)間，以促使晶界形成彎曲鋸齒晶界；但與此同時(shí)γ'相形核并長(zhǎng)大。若保溫溫度太高或者時(shí)間太長(zhǎng)，造成γ'相會(huì)過(guò)早大量形核、長(zhǎng)大，在后期低溫時(shí)效過(guò)程中會(huì)進(jìn)一步粗化，超過(guò)γ'相臨界尺寸而降低合金的顯微硬度、拉伸等性能力學(xué)性能。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種獲得鎳鐵鉻基變形高溫合金彎曲鋸齒晶界的熱處理工藝，通過(guò)提出新型的熱處理工藝，在鎳鐵鉻基變形高溫合金的晶粒間獲得彎曲鋸齒晶界，同時(shí)在晶內(nèi)獲得合適尺寸的γ'相。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種獲得鎳鐵鉻基變形高溫合金彎曲鋸齒晶界的熱處理工藝，包括如下步驟：將軋制變形后的鎳鐵鉻基變形高溫合金，進(jìn)行中溫保溫處理，然后從中溫保溫處理的溫度升溫到1050～1200℃進(jìn)行高溫固溶處理；最后進(jìn)行低溫時(shí)效處理，獲得鎳鐵鉻基變形高溫合金彎曲鋸齒晶界；其中，該鎳鐵鉻基變形高溫合金按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)，包括：fe20-30％，cr19-25％，al1.5-2.0％，ti1.0-2.5％，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％，其余為ni。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，所述的中溫保溫處理具體過(guò)程為在γ'相析出溫度以下20～150℃進(jìn)行保溫，保溫時(shí)間為0.5～4.0小時(shí)。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，以0.1～20℃/min的速率升溫到1050～1200℃，進(jìn)行高溫固溶處理的時(shí)間為0.5～2.0小時(shí)。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，進(jìn)行高溫固溶處理后水冷至室溫。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，所述的低溫時(shí)效處理具體過(guò)程為在γ'相析出溫度以下150～350℃進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效處理時(shí)間為4～30小時(shí)。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，進(jìn)行低溫時(shí)效處理后空冷至室溫。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，所獲得的鎳鐵鉻基變形高溫合金晶粒間的晶界為彎曲的鋸齒晶界；γ'相尺寸小于40nm。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，所獲得的鎳鐵鉻基變形高溫合金的顯微硬度高于350hv。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果是：本發(fā)明針對(duì)軋制的鎳鐵鉻基變形高溫合金，先進(jìn)行中溫保溫處理工藝，在γ'相析出溫度以下20～150℃進(jìn)行中溫保溫處理，保溫時(shí)間為0.5～4.0小時(shí)，促使γ'相形核并長(zhǎng)大到一定尺寸；隨后從中溫保溫溫度以0.1～20℃/min的速率緩慢升溫到1050～1200℃，保溫0.5～2.0小時(shí)，水冷。在此階段中晶粒間形成彎曲鋸齒晶界，并調(diào)整合金晶粒尺寸達(dá)到合適的晶粒度范圍內(nèi)，在緩慢升溫階段形成的γ'相也會(huì)逐漸固溶消失。最后添加低溫時(shí)效處理，在γ'相析出溫度以下150～350℃進(jìn)行時(shí)效處理并進(jìn)行保溫，在此過(guò)程重新析出γ'相，并長(zhǎng)大到合適的尺寸范圍內(nèi)；前期形成的鋸齒晶界在此過(guò)程會(huì)保存下來(lái)。在鎳鐵鉻基變形高溫合金獲得彎曲鋸齒晶界的同時(shí)，晶粒的尺寸和晶內(nèi)強(qiáng)化相γ'相尺寸均適中，中溫固溶的溫度和時(shí)間相對(duì)容易控制和實(shí)現(xiàn)。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明實(shí)施例1獲得的鎳鐵鉻基變形高溫合金的鋸齒晶界形貌；圖2為本發(fā)明實(shí)施例1獲得的鎳鐵鉻基變形高溫合金的鋸齒晶內(nèi)形貌；圖3為對(duì)比例1獲得的鎳鐵鉻基變形合金的平直晶界形貌。圖4為對(duì)比例1獲得的鎳鐵鉻基變形合金的平直晶內(nèi)形貌。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。一種獲得鎳鐵鉻基變形高溫合金彎曲鋸齒晶界的熱處理工藝，包括如下步驟：1、取軋制變形后的鎳鐵鉻基變形高溫合金，該合金按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)，包括：fe20-30％，cr19-25％，al1.5-2.0％，ti1.0-2.5％，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％，其余為ni；2、中溫保溫處理：在γ'相析出溫度以下20～150℃進(jìn)行保溫，保溫時(shí)間為0.5～4.0小時(shí)；3、緩慢升溫處理：從中溫保溫溫度以0.1～20℃/min的速率升溫到1050～1200℃，保溫0.5～2.0小時(shí)，水冷；4、低溫時(shí)效處理：在γ'相析出溫度以下150～350℃進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效處理時(shí)間為4～30小時(shí)，空冷至室溫；所獲得的鎳鐵鉻基變形高溫合金晶粒間的晶界為彎曲的鋸齒晶界；γ'相尺寸小于40nm，滿足設(shè)計(jì)要求。鎳鐵鉻基變形高溫合金的熱處理后合金的顯微硬度高于350hv。實(shí)施例1取本發(fā)明中上述鎳鐵鉻基變形高溫合金成分范圍內(nèi)的一種鎳鐵鉻基高溫合金，γ'相的析出溫度為973℃。將軋制變形后的鎳鐵鉻基高溫合金試樣進(jìn)行中溫保溫處理，保溫溫度為900℃，保溫時(shí)間為1小時(shí)；然后從900℃以1℃/min的速率緩慢升溫到1120℃，保溫1.5h后水冷至室溫；隨后進(jìn)行低溫時(shí)效處理，第一步時(shí)效溫度為650℃，保溫16小時(shí)后空冷至室溫；隨后再進(jìn)行第二步時(shí)效，時(shí)效溫度為780℃，保溫8小時(shí)后空冷至室溫。參見(jiàn)圖1和圖2，經(jīng)熱處理后的合金晶界為彎曲鋸齒晶界，γ'相尺寸21nm，顯微硬度為361hv。實(shí)施例2取本發(fā)明中上述鎳鐵鉻基變形高溫合金成分范圍內(nèi)的一種鎳鐵鉻基高溫合金，γ'相的析出溫度為973℃。將軋制變形后的鎳鐵鉻基高溫合金試樣進(jìn)行中溫保溫處理，保溫溫度為900℃，保溫時(shí)間為1小時(shí)；然后從900℃以4℃/min的速率緩慢升溫到1120℃，保溫1.5h后水冷至室溫；隨后進(jìn)行低溫時(shí)效處理，第一步時(shí)效溫度為650℃，保溫16小時(shí)后空冷至室溫；隨后再進(jìn)行第二步時(shí)效，時(shí)效溫度為780℃，保溫8小時(shí)后空冷至室溫。經(jīng)熱處理后的合金晶界為彎曲鋸齒晶界，γ'相尺寸22nm，顯微硬度為361hv。實(shí)施例3取本發(fā)明中上述鎳鐵鉻基變形高溫合金成分范圍內(nèi)的一種鎳鐵鉻基高溫合金，γ'相的析出溫度為973℃。將軋制變形后的鎳鐵鉻基高溫合金試樣進(jìn)行中溫保溫處理，保溫溫度為920℃，保溫時(shí)間為1小時(shí)；然后從900℃以4℃/min的速率緩慢升溫到1120℃，保溫1.5h后水冷至室溫；隨后進(jìn)行低溫時(shí)效處理，第一步時(shí)效溫度為650℃，保溫16小時(shí)后空冷至室溫；隨后再進(jìn)行第二步時(shí)效，時(shí)效溫度為780℃，保溫8小時(shí)后空冷至室溫。經(jīng)熱處理后的合金晶界為彎曲鋸齒晶界，γ'相尺寸22nm，顯微硬度為371hv。對(duì)比例1取本發(fā)明中上述鎳鐵鉻基變形高溫合金成分范圍內(nèi)的一種鎳鐵鉻基高溫合金，γ'相的固溶溫度為973℃。將變形后的鎳鐵鉻基高溫合金試樣第一次進(jìn)爐：進(jìn)行高溫固溶處理，固溶溫度為1150℃，保溫1.5小時(shí)后水淬；隨后進(jìn)行第一步低溫時(shí)效處理，時(shí)效溫度為650℃，保溫16小時(shí)后空冷至室溫；隨后再進(jìn)行第二步時(shí)效，時(shí)效溫度為780℃，保溫8小時(shí)后空冷至室溫。參見(jiàn)圖3和圖4，熱處理后的合金晶界為平直晶界，γ'相尺寸24nm，顯微硬度為367hv。參見(jiàn)表1，表1是實(shí)施例和對(duì)比例獲得的組織特征和顯微硬度。表1為本發(fā)明實(shí)施例和對(duì)比例獲得的組織特征和顯微硬度晶界形貌γ'相強(qiáng)化相尺寸，nm顯微硬度，hv實(shí)施例1彎曲鋸齒晶界21361實(shí)施例2彎曲鋸齒晶界22361實(shí)施例3彎曲鋸齒晶界22371對(duì)比例1平直晶界24367由圖1、圖2和表1的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，采用本發(fā)明的熱處理后，合金的晶界形成大量鋸齒狀的彎曲晶界，晶內(nèi)的γ'相尺寸不超過(guò)40nm，顯微硬度高于350hv；對(duì)比例1熱處理的合金內(nèi)部為平直狀晶界。本發(fā)明針對(duì)鎳鐵鉻基變形高溫合金獲得彎曲鋸齒晶界的問(wèn)題，提出通過(guò)新的熱處理工藝，在晶粒間獲得彎曲晶界，同時(shí)在晶內(nèi)獲得合適尺寸的γ'相。當(dāng)前第1頁(yè)12