[发明专利]通过协同获得两类特殊晶界改善镍基合金高温力学性能的方法

说明书

本发明提供了一种通过协同获得两类特殊晶界改善镍基合金高温力学性能的方法，采用形变控冷热处理方法，协同引入低∑晶界和锯齿晶界，打断平直随机晶界网络连通性，增加合金沿晶裂纹萌生和扩展阻力，改善合金的高温力学性能，具体为：高温固溶处理→冷轧变形→高温保温处理→控冷处理→低温保温处理→水冷的工艺路线。本发明在不改变合金成分的前提下协同获得两类特殊晶界，具有工艺简单、易于实现的优点；本发明处理的镍基合金，低∑晶界比例≥65％，其中∑3晶界的比例≥60％；同时可将部分平直随机晶界转变为锯齿晶界，且保证锯齿晶界的平均振幅≥0.6μm，高温长时服役后，合金室温延伸率仍能保证在50％以上。

技术领域

本发明属于镍基合金技术领域，具体涉及一种通过协同获得两类特殊晶界改善镍基合金高温力学性能的方法。

背景技术

随着全球变暖问题日益严重，高温、高压的高效率火力发电技术变得尤为重要，这也对材料的高温服役性能提出了更高的要求。超临界火力发电技术(A-USC)是一种具有广阔应用前景的洁净发电技术，其与传统发电技术相比，具有更高的燃烧效率以及更少的二氧化碳排放量，因此越来越受到人们的重视。生产过程中，超超临界火力发电技术的蒸汽压力一般在30-35MPa，蒸汽温度一般在593-600℃，均远高于传统发电技术参数，这就对汽轮机转子、管道和阀门等关键发电部件材料的高温服役性能提出了更高的要求，而传统的铁素体耐热钢和奥氏体耐热钢越发不能满足设计需求。

Inconel 617合金是一种Cr-Mo-Co固溶强化镍基高温合金，因其在高温、高压条件下仍能保持良好的组织稳定性、优异的高温强度、抗高温氧化性能和耐高温腐蚀性能，成为高温关键部件的重要候选材料。然而，研究表明，合金在长期服役过程中，合金中的元素在应力和温度的双重作用下向晶界发生扩散，并在晶界处形成碳化物，碳化物将弱化晶界断裂韧性，在应力的作用下，沿碳化物与基体的界面形成空洞，最终发生沿晶开裂。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种通过协同获得两类特殊晶界改善镍基合金高温力学性能的方法。

为达到上述目的，本发明的设计思想是：

通过采用形变退火加控制冷却速度热处理(以下简称形变控冷热处理)工艺，协同获得两类特殊晶界改善镍基合金高温力学性能，将合金中的低∑比例提升至65％以上，其中∑3晶界比例提升至60％以上，抑制碳化物在晶界析出；将剩余部分平直随机晶界转变为锯齿晶界，且锯齿晶界平均振幅≥0.6μm，优化晶界碳化物分布；同时形成较强的特殊晶界网络、打断平直随机晶界的连通性，增加晶界沿晶裂纹萌生和扩展阻力，改善镍基合金高温力学性能，具体为：高温固溶处理→冷轧变形→高温保温处理→控冷热处理→低温保温处理→水冷的工艺路线。固溶处理：1100-1200℃保温0.5-2h，水冷，一方面可消除加工硬化，使碳化物等析出相回溶；另一方面促使再结晶发生，且保持适宜的晶粒尺寸。冷轧变形：采用4-8％冷轧变形，通过预变形在晶粒内部储存形变能，为高温保温过程发生晶界迁移，提高低∑晶界比例做准备。高温保温处理：1000-1050℃保温1-2h，这一过程中，不但会形成高比例的低∑晶界，抑制碳化物析出；而且在保温过程中，不同类型晶界会发生交互分解，打断平直随机晶界的连通性。控冷热处理：以1-10℃/min的冷却速度冷却至650-750℃；使得元素在冷却过程中通过空位辅助扩散促进部分元素在晶界的富集。低温保温处理：在控冷终了温度保温1-4h，在晶界上形成不规则碳化物钉扎晶界，使部分平直随机晶界转变为锯齿状随机晶界，优化晶界碳化物分布。具体地：显然，通过协同获得两类特殊晶界，一方面抑制晶界碳化物析出，另一方面改变晶界碳化物分布，提高沿晶裂纹萌生和扩展阻力，有望改善镍基合金的高温力学性能。

一种通过协同获得两类特殊晶界改善镍基合金高温力学性能的方法，采用形变控冷热处理工艺同时引入两类特殊晶界(低∑晶界和锯齿晶界)，包括如下步骤：

(1)、将镍基合金板材在1100-1200℃保温0.5-2h；

(2)、将步骤(1)中保温处理的镍基合金板材进行水淬处理；