一种镍-铁-铬-硼系高温合金的热处理工艺的制作方法
【专利摘要】一种镍-铁-铬-硼系高温合金的热处理工艺，在合金初熔温度以下100～200℃内对合金保温0.5h～2.0h以进行高温固溶处理，随后空冷至室温；接着在高于合金非强化相α-Cr析出温度且低于合金强化相M23C6析出温度的温度范围内保温6h～24h以进行中温时效处理，随后空冷至室温，完成对合金的热处理。本发明对合金采用高温固溶处理和中温时效处理的方法，经处理后的合金晶界均匀分布大量M23C6型碳化物，合金750℃长期热暴露后的组织稳定，显微硬度波动较小；同时使合金在析出大量强化相的同时有效抑制非强化相的析出，保证了组织的长期稳定性及强度；本发明热处理工艺相对简单，取消了中间处理等环节，可以进一步缩短工艺流程、提高生产效率、降低能源消耗。
【专利说明】-种镍-铁-铬-硼系高温合金的热处理工艺
【技术领域】
[0001] 本发明属于金属热处理加工【技术领域】，特别涉及一种镍-铁-铬-硼系高温合金 的热处理工艺。
【背景技术】
[0002] 在发展700°C级超超临界电站的过程中，具有优异的高温强度和抗氧化腐蚀性能 的高温材料的开发至关重要，是实现机组可靠运行的关键。对于服役条件最苛刻的过/再 热器高温段，传统的铁素体耐热钢和奥氏体耐热钢已不再适用，镍-钴基、镍基及镍-铁基 合金成为目前主要的三类候选材料。已有研究表明，这类合金在高温、长期运行条件下的断 裂方式多为沿晶开裂，因此对晶界的强化成为目前研究的一个热点。其中，镍-铁-铬-硼 系合金通过添加适量的铬与硼元素稳定晶界，提高晶界强度，并用铁取代部分镍从而大幅 度降低生产成本，具有较好的应用前景。
[0003] 镍-铁-铬-硼系合金富集铬与硼元素，在热处理过程中易形成硼化物（如MB2、 M3B2)、a -Cr及σ相等第二相。这些析出相的存在一方面会剥夺强化相γ，及M23C6等的形成 元素，如Cr、Ti等，减少强化相的数量；另一方面由于其自身形貌、析出位置等原因往往会 损害合金的力学性能，进而影响材料的使用寿命。因此，合理的热处理制度成为保证合金在 析出大量强化相的同时不析出或少析出上述非强化相，进而拥有优异的力学性能的关键。 据此，如何制定热处理工艺，使合金能够保持长期的组织稳定性成为本发明的一个关键。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种镍-铁-铬-硼系高温合金的热处理工艺，该工艺能 够消除或减少热处理过程中的非强化相，保证材料的长期组织稳定性以及高强性。
[0005] 为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：首先，在合金初熔温度以下100? 200°C内对合金保温0. 5h?2. Oh以进行高温固溶处理，随后空冷至室温；接着在高于合金 非强化相a -Cr析出温度且低于合金强化相M23C6析出温度的温度范围内保温6h?24h以 进行中温时效处理，随后空冷至室温，完成对合金的热处理。
[0006] 所述的合金的化学成分满足如下要求：按质量分数，含有18 %?27 %的Fe, 20%?25%的 Cr, L 2%?L 8%的 Ti, 1.0%?1.5%的 A1，彡 L 5%的 Nb,0.5%?1.5% 的 Mo,彡 0· 5% 的 K 0· 5% 的 Si,彡 0· 5% 的 Mn,彡 0· 05% 的 Zr,彡 0· 06% 的 C，彡 0· 01% 的B，其余为Ni。
[0007] 所述的合金的化学成分满足如下要求：按质量分数,含有25 %的Fe, 22 %的Cr, 1.5%的11，1.3%的六1，0.8%的恥，0.8%的]\1〇,0.2%的1，0.1%的51，0.3%的]\111，0.02% 的21"，0.03%的(：，0.005%的8，其余为·。
[0008] 所述的合金的化学成分满足如下要求：按质量分数,含有20 %的Fe, 22 %的Cr, 1 · 5 % 的 T i，L 3 % 的 AI，L 2 % 的 Nb，0· 8 % 的 Mo，0· 2 % 的 W，0· 01 % 的 S i，0· 3 % 的 Mn， 0.02%的21"，0.03%的(：，0.003%的8，其余为·。
[0009] 合金热处理后的晶界上均匀分布M23C6型强化相，显微硬度平均值在300Hv以上。
[0010] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明依次对合金进行一次高温固溶 处理和一次中温时效处理的方法，经处理后的合金晶界均匀分布大量M23C6型碳化物，合金 750°C长期热暴露后的组织稳定，显微硬度波动较小；同时使合金在析出大量强化相的同时 有效抑制非强化相的析出，保证了组织的长期稳定性及强度；此外，本发明热处理工艺相对 简单，取消了中间处理等环节，可以进一步缩短工艺流程、提高生产效率、降低能源消耗。
【专利附图】
【附图说明】
[0011] 图1为实施例1中合金1经热处理后的显微组织图；
[0012] 图2为实施例1中合金1经热处理及750°C /500h热暴露后的显微组织图；
[0013] 图3为实施例1中合金1经热处理及750°C/500h热暴露后的显微硬度图；其中，a 为本实施例1工艺处理过的合金1的结果，b为本发明处理的合金1经过750°C热暴露500h 的结果。
[0014] 图4为本实施例2中合金2经热处理后的显微组织图；
[0015] 图5为本实施例2中合金2经热处理及750°C /500h热暴露后的显微组织图； [0016] 图6为本实施例2中合金2经热处理及750°C /500h热暴露后的显微硬度图；其 中，a为本实施例2工艺处理过的合金1的结果，b为本发明处理的合金2经过750°C热暴 露500h的结果。
【具体实施方式】
[0017] 本发明镍-铁-铬-硼系高温合金的热处理工艺，首先，将合金放入高温热处理炉 中，在合金初熔温度以下100?200°c内对合金保温0. 5h?2. Oh以进行高温固溶处理，随 后空冷至室温；高温固溶处理具体参数的选择随成分的变动而异，但必须保证不出现硼化 物或液相，随后空冷至室温；合金的化学成分满足如下要求：按质量分数，含有18%?27% 的 Fe, 20%?25% 的 Cr, L 2%?L 8% 的 Ti, 1.0%?1.5% 的 A1，彡 L 5% 的 Nb, 0.5%? 1. 5% 的 Mo,彡 0· 5% 的 W，彡 0· 5% 的 Si,彡 0· 5% 的 Mn,彡 0· 05% 的 Zr,彡 0· 06% 的 C， < 0. 01 %的B，其余为Ni。合金的晶界上均匀分布M23C6型强化相，显微硬度平均值在300Hv 以上。
[0018] 接着，在高于合金非强化相a -Cr析出温度且低于合金强化相M23C6析出温度的温 度范围内保温6h?24h以进行中温时效处理，随后空冷至室温，完成对合金的热处理；其 中，具体参数的选择随成分的变动而异，但必须保证不出现a -Cr等非强化相且M23C6数量 尽可能地多，随后空冷至室温。
[0019] 下面结合实施例对本发明做进一步的详细描述。
[0020] 表1为以下实施例中所用合金化学成分
[0021]
【权利要求】
1. 一种镍-铁-铬-硼系高温合金的热处理工艺，其特征在于：首先，在合金初熔温度 以下100?200°C内对合金保温0. 5h?2. Oh以进行高温固溶处理，随后空冷至室温；接着 在高于合金非强化相a -Cr析出温度且低于合金强化相M23C6析出温度的温度范围内保温 6h?24h以进行中温时效处理，随后空冷至室温，完成对合金的热处理。
2. 根据权利要求1所述的镍-铁-铬-硼系高温合金的热处理工艺，其特征在于：所述 的合金的化学成分满足如下要求：按质量分数，含有18 %?27 %的Fe，20 %?25 %的Cr， 1.2%?1.8%的11，1.0%?1.5%的六1，彡1.5%的恥，0.5%?1.5%的]\1〇，彡0.5%的 K 0.5%的 Si，彡 0.5%的 Mn，彡 0.05%的 Zr，彡 0.06%的 C，彡 0.01%的8，其余为·。
3. 根据权利要求2所述的镍-铁-铬-硼系高温合金的热处理工艺，其特征在于： 所述的合金的化学成分满足如下要求：按质量分数，含有25 %的Fe，22%的Cr，l. 5%的 Ti，1. 3 % 的 A1，0· 8 % 的 Nb，0· 8 % 的 Mo, 0· 2 % 的 W，0· 1 % 的 Si，0· 3 % 的 Mn，0· 02 % 的 Zr， 0. 03% 的 C，0. 005% 的 B，其余为 Ni。
4. 根据权利要求2所述的镍-铁-铬-硼系高温合金的热处理工艺，其特征在于：所 述的合金的化学成分满足如下要求：按质量分数，含有20%的Fe，22%的Cr，1. 5%的Ti， 1. 3% 的 Al，L 2% 的 Nb，0. 8% 的 Μο,0· 2% 的 W，0. 01 % 的 Si，0. 3% 的 Μη，0· 02% 的 Zr， 0. 03% 的 C，0. 003% 的 B，其余为 Ni。
5. 根据权利要求1或2所述的镍-铁-铬-硼系高温合金的热处理工艺，其特征在于： 合金热处理后的晶界上均匀分布M23C6型强化相，显微硬度平均值在300Hv以上。
【文档编号】C22C19/05GK104263998SQ201410480000
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月18日 优先权日:2014年9月18日
【发明者】党莹樱, 赵新宝, 尹宏飞, 鲁金涛, 袁勇, 杨珍, 严靖博 申请人:中国华能集团公司, 西安热工研究院有限公司