[发明专利]一种基于成分协同变化关系的GH2132高温合金及制备方法

说明书

一种基于成分协同变化关系的GH2132高温合金及制备方法，属于高温合金领域。该方法将GH2132高温合金化元素分为进入团簇式内的基体Fe元素；稳定奥氏体的类Ni元素：含Ni、Mn；稳定铁素体的类Cr元素：含Cr、Mo、V、Si、Ti、Al，Ti、Al属于析出元素；不进入团簇式内的微量元素：含C、P、S、B；对各个元素的协同变化关系进行了重新限定。本发明新成分的协同变化关系简单有效，将彻底改革合金的成分标准化方式，推动合金的发展与进步。

技术领域

本发明属于高温合金领域，特别是一种基于成分协同变化关系的GH2132高温合金及相应制备工艺。

背景技术

高温合金是指以铁、钴、镍为基，能在600℃以上高温服役的一类金属材料。高温合金基体组织为单一的奥氏体，拥有较高的高温强度、抗氧化和抗腐蚀性能，具有良好的组织稳定性，国外常称之为超合金。铁基高温合金相较于镍基和钴基高温合金极大地降低了生产成本，且高温性能优异，GH2132高温合金作为铁基高温合金中的代表性合金，属于应用最为广泛的变形高温合金。但是其合金化复杂，合金性能对成分和工艺敏感，导致强韧性匹配出现较大波动，质量难以控制。

经过对现有文献与专利检索发现，现行技术标准下(GB/T14996—1994《高温合金冷轧薄板》,GJB2611—1996《航空用高温合金冷拉棒材规范》)，规定GH2132合金室温抗拉强度≥930MPa，屈服强度≥590MPa，延伸率≥15％，但是美国的A286合金强度已经达到1100MPa，我国GH2132合金产品与其存在一定差距，因此在保持塑性的前提下提高GH2132合金的强度成为该合金的改良目标。GH2132合金宽窄兼具的成分区间，使成分难以精确选择，因此需要从成分源头入手，找出最佳成分区间。

但目前的研究仅限于讨论单一元素对于合金性能的影响。现行的GH2132高温合金成分标准(GB/T 14992-2005)也只限于单个元素的成分区间的确定，忽略了元素间的相互作用。GB/T 14992-2005规定元素质量百分比为：24.0≤Ni≤27.0，1.00≤Mn≤2.00，Fe余量，13.5≤Cr≤16.0，1.00≤Mo≤1.50，0.10≤V≤0.50，Si≤1.00，1.75≤Ti≤2.30，Al≤0.40，C≤0.08，P≤0.030，S≤0.020，0.001≤B≤0.010。如图1所示，菱形框定的成分区为GB/T 14992-2005工业标准区间，根据等在《Materials Science and Engineering:A》(Combined effect of resistance spot welding and precipitation hardening ontensile shear load bearing capacity of A286superalloy,2017年第688卷第14期309-314页)和Liu等在《Materials Science and Engineering:A》(The modified surfaceproperties and fatigue life of Incoloy A286face-milled at different cuttingparameters,2017年第704卷第14期1-9页)以及Seol等在《Science of AdvancedMaterials》(Influence of Solid Solution Treatment on the Mechanical Propertiesof A286 Stainless Steels，第8卷第12期2290-2294页)等文献实际报道GH2132高温合金成分，可以看出实际报道成分主要集中在图中较窄的区间内(加号表示)，而工业标准则给出了过于宽泛的成分区间，这是导致该合金难以成分优化的主要原因。Seifollahi等在《Physics of Metals and Metallography》(The Role ofηPhase on the Strength ofA286 Superalloy with Different Ti/Al Ratios，2020年第121卷第3期284-290页)中研究了Ti/Al比对GH2132合金性能的影响，虽然单个元素成分范围都在国家标准规定范围内，但是不同Ti/Al比合金性能出现显著差异，元素范围不精确导致合金性能下降，Ti/Al比为3时，合金屈服强度仅为966MPa左右；在Ti/Al比为10时，屈服强度可达1000MPa左右。由此说明，即便遵循工业上广泛接受的成分标准，合金性能亦变动较大，无法确切保证综合性能。在实际工业生产中，各个企业通常按照经验成分进行合金制造，加上制备工艺的复杂性，往往无法获得优异性能合金。事实上，这也是所有工业合金所面临的共性问题，即其元素种类和成分区间均来自工程实践，其理论根据是缺失的。从机理上讲，上述工程问题源自人们对固溶体结构的认识。众所周知，工业合金均基于固溶体，固溶体又以化学近程序为结构特征，兼具有序和无序性，合金成分必然隐含于这种近程序结构中，而学术界恰恰缺失针对固溶体化学近程序的结构模型。