一种提高镍基合金管复合热处理方法
【专利摘要】本发明涉及一种镍基合金管的热处理领域，尤其涉及一种提高镍基合金管复合热处理方法，包括前期热处理和表面处理，表面处理包括预处理、涂覆共渗剂、离子Al-B共渗等步骤。本发明前期热处理可获得弥散强化的显著效果，使镍基合金管具有良好的力学性能；采用离子轰击实现Al-B共渗，不仅可使镍基合金管表面热处理加热温度比传统高温炉内复合渗大幅降低，且渗速比传统的电解法或高温料浆法显著提高；特别是采用本发明方法可有效提高镍基合金管抗高温蠕变、抗腐蚀等性能，从而大幅度提高镍基合金管的使用寿命。
【专利说明】一种提高镍基合金管复合热处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种镍基合金管的热处理领域，尤其涉及一种提高镍基合金管复合热处理方法。
【背景技术】
[0002]超超临界火电机组的发展对材料提出了更高的耐高温腐蚀、抗氧化性和高温力学性能的要求。目前，镍基合金已经被认为是超超临界火电机组用无缝管材最合适的材料之
O
[0003]目前，镍基合金的热处理方式通常只有固溶处理或者固溶处理加时效处理。只通过固溶处 理无法得到Y’相、M23C6、和M6C析出相，因此，强度和综合力学性能较低。固溶处理加时效处理虽然可以得到理想的析出相，这种热处理方式面临着时效过长，能耗严重的特点。除此之外，固溶处理或者固溶处理加时效处理只能提高镍基合金的力学性能，对于镍基合金在高温状态下的抗氧化性能效果并不显著，使用在超超临界火电机组中时高温腐蚀现象严重，大大缩短了镍基合金管的使用寿命。本发明探索了一种提高镍基合金管复合热处理方法，有效提高了镍基合金管材的耐高温腐蚀、抗氧化性和高温力学性能。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种综合力学性能好、抗氧化性能高的镍基合金管复合热处理方法。
[0005]实现本发明目的的技术方案是:一种提高镍基合金管复合热处理方法；其特征在于:包括前期热处理和表面处理，所述表面处理为离子Al-B共渗，包括如下步骤:
[0006](I)预处理:对经过前期热处理的镍基合金管在NaOH溶液中清洗，去除镍基合金管表面油污，随后在hf+hno3中进行酸洗，以除去表面氧化皮，最后在清水中漂洗干净，并在氮气气氛下对清洗后的镍基合金管进行烘干处理；
[0007](2)涂覆共渗剂:将混合均匀的膏状共渗剂均匀涂覆在预处理后的镍基合金管表面，涂覆厚度为2~4mm，自然干燥或100~200°C进行烘干处理；
[0008](3)离子Al-B共渗:将涂覆有供渗剂的镍基合金管两端封堵，平装入离子氮化炉内的工装支架上，对离子氮化炉进行抽真空，随后通入氢气进行辉光放电，实现离子Al-B共渗；
[0009]上述技术方案，所述前期热处理分四个阶段，包括固溶处理、中间处理和两次时效处理；所述固溶处理温度为1150~1250°C，固溶处理时间为I~2h，固溶处理后水雾冷却；中间处理温度为980~1080°C，时间为3~5h，空冷；一次时效处理处理温度为843°C，一次时效处理时间为24h，空冷；二次时效处理处理温度为760°C，二次时效处理时间为16h，空冷。
[0010]上述技术方案，所述步骤(2)中的共渗剂包括供硼剂，渗铝剂、活化剂、填充剂及粘结剂，各组分的质量分数分别为:供硼剂25~35%，渗铝剂30~45%，活化剂14~30%，填充剂3~8%，粘结剂5~10%ο
[0011]上述技术方案，所述供硼剂为B4C、Na2B407、B-Fe中的一种或两种以上混合物。
[0012]上述技术方案，所述渗铝剂为单质铝粉、FeAl粉或氧化铝粉中的一种或两种以上的混合物。
[0013]上述技术方案，所述活化剂为KBF4、NaAlF6, NaF, NH4Cl或(NH2) 2CS中的一种或两种以上的混合物。
[0014]上述技术方案，所述填充剂为SiC、CaF、ZrO2中的一种或两种以上的混合物。
[0015]上述技术方案，所述粘结剂为纤维素、明胶或水玻璃中的一种或两种以上的混合物。
[0016]上述技术方案，所述步骤(3)中离子Al-B共渗温度为550~750°C，共渗时间为2~6h,渗层厚度为6~54 μ m。
[0017]上述技术方案，所述步骤(3)中离子Al-B共渗温度为650°C，共渗时间为4h，渗层厚度为30 μ m。
[0018]采用上述技术方案后，本发明具有以下积极的效果:
[0019](I)本发明前期热处理可获得弥散强化的显著效果，使镍基合金管具有良好的力学性能；采用离子轰击实现Al -B共渗，不仅可使镍基合金管表面热处理加热温度比传统高温炉内复合渗大幅降低，且渗速比传统的电解法或高温料浆法显著提高；特别是采用本发明方法可有效提闻镇基合金管抗闻温螺变、抗腐蚀等性能，从而大幅度提闻镇基合金管的使用寿命。
[0020](2)本发明采用比传统镍基合金较高的固溶处理温度，从而可缩短固溶处理时间，缩短工艺周期，提高加工效率；且较高温度的固溶处理还可获得优良的固溶效果，对后续时效提供良好的基础，达到弥散强化的显著效果；
[0021](3)本发明采用含有B和Al的膏状共渗剂涂覆在镍基合金管表面，并采用传统的离子氮化炉即可实现Al和B的共渗，工艺简单，易操作，且无需增设或改造离子氮化设备，大幅度降低了生产成本；
[0022](4)本发明供硼剂采用市售的B4C、Na2B407或B_Fe，耐蚀性好，且无毒无污染；渗铝剂采用微米级单质铝粉、FeAl粉或氧化铝粉，成本低，易活化；且共渗剂中各组分采用最佳配比，即能提高充足的B和Al源，使共渗后镍基合金管表面具有足够厚的渗层，又能使膏状供渗剂具有最佳的活性和粘结性能，避免共渗剂中途脱落。
【具体实施方式】
[0023]本发明具提高镍基合金管复合热处理方法包括前期热处理和表面处理，前期热处理可提闻镇基合金管的综合力学性能，为后续的表面处理提供良好的组织基础，并能够保证镍基合金管使用过程中能够承受较高的压力扩大镍基合金管的使用范围。后期的表面处理为Al-B共渗，提高镍基合金管的抗氧化性能。以Inconel617镍基合金为例，本发明实施方法如下:
[0024](实施例1)
[0025]一种提高镍基合金管复合热处理方法，包括如下步骤:
[0026]I)前期热处理:共分四个阶段，包括固溶处理、中间处理和两次时效处理；所述固溶处理温度为1150°C，固溶处理时间为2h，固溶处理后水雾冷却；中间处理温度为980°C，时间为5h，空冷；一次时效处理处理温度为843°C，一次时效处理时间为24h，空冷；二次时效处理处理温度为760°C，二次时效处理时间为16h，空冷。
[0027]2)表面处理:本发明表面处理为离子Al-B共渗，包括如下步骤:
[0028](I)预处理:对经过前期热处理的镍基合金管在NaOH溶液中清洗，去除镍基合金管表面油污，随后在HF+HN03中进行酸洗，以除去表面氧化皮，最后在清水中漂洗干净，并在氮气气氛下对清洗后的镍基合金管进行烘干处理；
[0029](2)涂覆共渗剂:将混合均匀的膏状共渗剂均匀涂覆在预处理后的镍基合金管表面，涂覆厚度为2mm,自然干燥或100°C进行烘干处理；
[0030](3)离子Al-B共渗:将涂覆有供渗剂的镍基合金管两端封堵，平装入离子氮化炉内的工装支架上，对离子氮化炉进行抽真空，随后通入氢气进行辉光放电，实现离子Al-B共渗；
[0031 ] 本实施例中的共渗剂包括25%的供硼剂，45%的渗铝剂，14%的活化剂，6%的填充剂，10%的粘结剂。供硼剂为B4C和Na2B4O7的混合物；渗铝剂为单质铝粉；活化剂为KBF4、NaAlF6和NaF的混合物；填充剂为SiC和CaF的混合物；粘结剂为纤维素和明胶。
[0032]本实施例中步骤(3)中离子Al-B共渗温度为550°C，共渗时间为2h，得到渗层厚度为6 μ m。
[0033]对未经复合处理的镍基合金管和经复合处理后镍基合金管分别取样进行抗氧化试验，抗氧化性能依据GB/T13303-91《钢的抗氧化性能测定方法》及HB5258-2000《钢及高温合金抗氧化性测定试验方法》进行测定，试验温度为1000°C，实验时间为24h，未经复合处理的试样增重为3.8mg/cm2`，经复合处理后试样增重为0.6mg/cm2 ；
[0034](实施例2)
[0035]一种提高镍基合金管复合热处理方法，包括如下步骤:
[0036]I)前期热处理:共分四个阶段，包括固溶处理、中间处理和两次时效处理；所述固溶处理温度为1200°C，固溶处理时间为1.5h，固溶处理后水雾冷却；中间处理温度为10200C，时间为4h，空冷；一次时效处理处理温度为843°C，一次时效处理时间为24h，空冷；二次时效处理处理温度为760°C，二次时效处理时间为16h，空冷。
[0037]2)表面处理:本发明表面处理为离子Al-B共渗，包括如下步骤:
[0038](I)预处理:对经过前期热处理的镍基合金管在NaOH溶液中清洗，去除镍基合金管表面油污，随后在hf+hno3中进行酸洗，以除去表面氧化皮，最后在清水中漂洗干净，并在氮气气氛下对清洗后的镍基合金管进行烘干处理；
[0039](2)涂覆共渗剂:将混合均匀的膏状共渗剂均匀涂覆在预处理后的镍基合金管表面，涂覆厚度为3mm，自然干燥或150°C进行烘干处理；
[0040](3)离子Al-B共渗:将涂覆有供渗剂的镍基合金管两端封堵，平装入离子氮化炉内的工装支架上，对离子氮化炉进行抽真空，随后通入氢气进行辉光放电，实现离子Al-B共渗；
[0041 ] 本实施例中的共渗剂包括30%的供硼剂，40%的渗铝剂，20%的活化剂，3%的填充剂，7%的粘结剂。供硼剂为B4C、Na2B4O7和B-Fe的混合物；渗铝剂为单质铝粉和FeAl粉的混合物；活化剂为NaF、NH4Cl和(NH2) 2CS三者混合物；填充剂为CaF和ZrO2的混合物；粘结剂为水玻璃。
[0042]本实施例中步骤(3)中离子Al-B共渗温度为650°C，共渗时间为4h，得到渗层厚度为30 μ m。
[0043]对未经复合处理的镍基合金管和经复合处理后镍基合金管分别取样进行抗氧化试验，抗氧化性能依据GB/T13303-91《钢的抗氧化性能测定方法》及HB5258-2000《钢及高温合金抗氧化性测定试验方法》进行测定，试验温度为1000°C，实验时间为24h，未经复合处理的试样增重为3.8mg/cm2，经复合处理后试样增重为0.2mg/cm2 ；
[0044](实施例3)
[0045]一种提高镍基合金管复合热处理方法，包括如下步骤:
[0046]I)前期热处理:共分四个阶段，包括固溶处理、中间处理和两次时效处理；所述固溶处理温度为1250°C，固溶处理时间为2h，固溶处理后水雾冷却；中间处理温度为1080°C，时间为5h，空冷；一次时效处理处理温度为843°C，一次时效处理时间为24h，空冷；二次时效处理处理温度为760°C，二次时效处理时间为16h，空冷。
[0047]2)表面处理:本发明表面处理为离子Al-B共渗，包括如下步骤:
[0048](I)预处理:对经过前期热处理的镍基合金管在NaOH溶液中清洗，去除镍基合金管表面油污，随后在hf+hno3中进行酸洗，以除去表面氧化皮，最后在清水中漂洗干净，并在氮气气氛下对清洗后的镍基合金管进行烘干处理；
[0049](2)涂覆共渗剂 :将混合均匀的膏状共渗剂均匀涂覆在预处理后的镍基合金管表面，涂覆厚度为4mm,自然干燥或200°C进行烘干处理；
[0050](3)离子Al-B共渗:将涂覆有供渗剂的镍基合金管两端封堵，平装入离子氮化炉内的工装支架上，对离子氮化炉进行抽真空，随后通入氢气进行辉光放电，实现离子Al-B共渗；
[0051 ] 本实施例中的共渗剂包括35%的供硼剂，30%的渗铝剂，25%的活化剂，4%的填充剂，6%的粘结剂。供硼剂为B4C ;渗铝剂为单质铝粉、FeAl粉和氧化铝粉的混合物；活化剂为NaAlF6和NaF的混合物；填充剂为SiC ;粘结剂为明胶。
[0052]本实施例中步骤(3)中离子Al-B共渗温度为600°C，共渗时间为3h，得到渗层厚度为28 μ m。
[0053]对未经复合处理的镍基合金管和经复合处理后镍基合金管分别取样进行抗氧化试验，抗氧化性能依据GB/T13303-91《钢的抗氧化性能测定方法》及HB5258-2000《钢及高温合金抗氧化性测定试验方法》进行测定，试验温度为1000°C，实验时间为24h，未经复合处理的试样增重为3.8mg/cm2，经复合处理后试样增重为0.4mg/cm2 ；
[0054](实施例4)
[0055]一种提高镍基合金管复合热处理方法，包括如下步骤:
[0056]I)前期热处理:共分四个阶段，包括固溶处理、中间处理和两次时效处理；所述固溶处理温度为1250°C，固溶处理时间为lh，固溶处理后水雾冷却；中间处理温度为1080°C，时间为5h，空冷；一次时效处理处理温度为843°C，一次时效处理时间为24h，空冷；二次时效处理处理温度为760°C，二次时效处理时间为16h，空冷。
[0057]2)表面处理:本发明表面处理为离子Al-B共渗，包括如下步骤:
[0058](I)预处理:对经过前期热处理的镍基合金管在NaOH溶液中清洗，去除镍基合金管表面油污，随后在hf+hno3中进行酸洗，以除去表面氧化皮，最后在清水中漂洗干净，并在氮气气氛下对清洗后的镍基合金管进行烘干处理；
[0059](2)涂覆共渗剂:将混合均匀的膏状共渗剂均匀涂覆在预处理后的镍基合金管表面，涂覆厚度为4mm,自然干燥或200°C进行烘干处理；
[0060](3)离子Al-B共渗:将涂覆有供渗剂的镍基合金管两端封堵，平装入离子氮化炉内的工装支架上，对离子氮化炉进行抽真空，随后通入氢气进行辉光放电，实现离子Al-B共渗；
[0061 ] 本实施例中的共渗剂包括30%的供硼剂，30%的渗铝剂，18%的活化剂，8%的填充剂，8%的粘结剂。供硼剂为B-Fe ;渗铝剂为氧化铝粉；活化剂为KBF4和(NH2)2CS ;填充剂为SiC、CaF和ZrO2的混合物；粘结剂为CaF。
[0062]本实施例中步骤(3)中离子Al-B共渗温度为650°C，共渗时间为6h，得到渗层厚度为54 μ m。
[0063]对未经复合处理的镍基合金管和经复合处理后镍基合金管分别取样进行抗氧化试验，抗氧化性能依据GB/T13303-91《钢的抗氧化性能测定方法》及HB5258-2000《钢及高温合金抗氧化性测定试验方法》进行测定，试验温度为1000°C，实验时间为24h，未经复合处理的试样增重为3.8mg/cm2，经复合处理后试样增重为0.3mg/cm2 ；
[0064] 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种提高镍基合金管复合热处理方法；其特征在于:包括前期热处理和表面处理，所述表面处理为离子Al-B共渗，包括如下步骤: (1)预处理:对经过前期热处理的镍基合金管在NaOH溶液中清洗，去除镍基合金管表面油污，随后在HF+HN03中进行酸洗，以除去表面氧化皮，最后在清水中漂洗干净，并在氮气气氛下对清洗后的镍基合金管进行烘干处理； (2)涂覆共渗剂:将混合均匀的膏状共渗剂均匀涂覆在预处理后的镍基合金管表面，涂覆厚度为2~4mm，自然干燥或100~200°C进行烘干处理； (3)离子Al-B共渗:将涂覆有供渗剂的镍基合金管两端封堵，平装入离子氮化炉内的工装支架上，对离子氮化炉进行抽真空，随后通入氢气进行辉光放电，实现离子Al-B共渗。
2.根据权利要求1所述的提高镍基合金管复合热处理方法，其特征在于:所述前期热处理分四个阶段，包括固溶处理、中间处理和两次时效处理；所述固溶处理温度为1150~1250°C，固溶处理时间为I~2h，固溶处理后水雾冷却；中间处理温度为980~1080°C，时间为3~5h，空冷；一次时效处理温度为843°C，一次时效处理时间为24h，空冷；二次时效处理温度为760°C，二次时效处理时间为16h，空冷。
3.根据权利要求1所述的提高镍基合金管复合热处理方法，其特征在于:所述步骤(2)中的共渗剂包括供硼剂，渗铝剂、活化剂、填充剂及粘结剂，各组分的质量分数分别为:供硼剂25~35%，渗铝剂30~45%，活化剂14~30%，填充剂3~8%，粘结剂5~10%。
4.根据权利要求3所述的提高镍基合金管复合热处理方法，其特征在于:所述供硼剂为B4C、Na2B4O7, B- Fe中的一种或两种以上混合物。
5.根据权利要求3所述的提高镍基合金管复合热处理方法，其特征在于:所述渗铝剂为单质铝粉、FeAl粉或氧化铝粉中的一种或两种以上的混合物。
6.根据权利要求3所述的提高镍基合金管复合热处理方法，其特征在于:所述活化剂为KBF4、NaAlF6, NaF, NH4Cl或(NH2) 2CS中的一种或两种以上的混合物。
7.根据权利要求3所述的提高镍基合金管复合热处理方法，其特征在于:所述填充剂为SiC、CaF、Zr02中的一种或两种以上的混合物。
8.根据权利要求3所述的提高镍基合金管复合热处理方法，其特征在于:所述粘结剂为纤维素、明胶或水玻璃中的一种或两种以上的混合物。
9.根据权利要求1~8任一项权利要求所述的提高镍基合金管复合热处理方法，其特征在于:所述步骤(3)中离子Al-B共渗温度为550~750°C，共渗时间为2~6h，渗层厚度为6~54 μ m0
10.根据权利要求1~8任一项权利要求所述的提高镍基合金管复合热处理方法，其特征在于:所述步骤(3)中离子Al-B共渗温度为650°C，共渗时间为4h，渗层厚度为30 μ m。
【文档编号】C23F17/00GK103757644SQ201410031298
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月23日 优先权日:2014年1月23日
【发明者】周文庆, 周益鑫, 范琪 申请人:常州盛德无缝钢管有限公司