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GH3230合金冷轧板材热处理工艺研究
发布时间：
2023-03-20 15:42
来源：
GH3230合金是一种以W、Mo元素作为固溶强化和以碳化物作为第二相强化的镍基高温合金。该固溶强化镍基合金源于Ni-Cr-Mo–W合金系统, 合金中的Ni元素提供稳定的奥氏体基体和通过添加Cr、Mo、W、C、B来增加合金的高温强度和腐蚀抗力。通过添加W元素含量以进行有效地固溶强化, 通过添加C促进富Cr的M23C6碳化物的形成, M23C6碳化物在奥氏体基体和退火孪晶界的析出对位错的钉扎以提高合金的蠕变强度, 该合金加入La提高其抗氧化性, 用B进行晶界强化, 使合金兼具良好的强度、热稳定性和抗腐蚀性[2]。 该合金膨胀系数小, 部件热应力小, 易于加工和焊接, 在氧化气氛下的长期使用温度可达到1150℃, 目前国内生产产品以冷轧薄板为主。本文合金的热处理是指在冷轧后的固溶处理。本文主要研究了GH3230合金在固溶过程中的组织和性能演变规律, 并根据这些规律指定了合适的热处理制度。
1实验材料
实验用料为抚钢真空感应炉冶炼电极, 经电渣重熔, 锻造开坯, 四辊可逆式轧机生产的第一批GH3230板材, 炉号:6D61164。实验前板材状态为厚度1.5mm冷轧薄板。
2实验结果与讨论
首先研究了GH3230冷轧薄板在900~1240℃ 的温度范围内保温10min后的金相组织和显微硬度变化规律, 对静态再结晶过程进行了研究。然后测试了1120~1240℃温度范围内的力学性能。在上述实验结果基础上, 确定了合金的热处理制度。
2.1基体的再结晶行为和合金晶粒长大倾向研究
厚度1.5mm冷变形硬化板在不同固溶温度下保温10min空冷后, 基体将发生回复和再结晶。 通过金相观察、硬度测试, 分析了合金基体的回复再结晶情况。
可以看出, 随着固溶温度的升高, 厚度1.5mm冷轧板材的显微组织演变经历了如下三个阶段。第一阶段在低于1100℃的温度范围内, 冷轧板材在950℃时开始发生静态再结晶, 之后再结晶程度逐渐提高, 到1100℃再结晶全部完成。这个过程中, 由于再结晶的软化效果, 板材的硬度大幅下降,。第二阶段在1100℃到1220℃的温度范围内, 合金板材都具有完全的等轴晶组织, 随着温度的升高, 其显微组织演变主要表现为再结晶后的晶粒尺寸的增大。 在该温度范围内板材硬度基本保持恒定, 表明这个固溶温度范围内静态再结晶的软化作用都完全发挥, 并且效果相当, 而该温度范围内静态再结晶过程的差异仅仅是晶粒大小的区别。第三阶段在高于1220℃处理后, 晶粒长大速率明显增大, 晶粒尺寸都保持着较好的均匀性, 同时板材硬度也大幅下降。可见在高于1220℃的温度范围内, 有一种有别于再结晶行为的软化机制, 可能是合金中初生M6C碳化物的大幅回溶。
综合以上分析可以看出, 对冷轧板材在1100℃ 固溶后就可以达到消除冷变形组织, 软化基体的目的, 因此板材的软化退火温度可选择在1100℃以上。从控制固溶处理后的晶粒尺寸来看, 板材的最终固溶处理温度在1180℃~1220℃的温度范围内可以得到7级左右的稳定晶粒, 在高于1220℃~ 1240℃温度范围内, 可以得到6.5~5级的晶粒。
2.2合金固溶处理制度的确定
在1180℃~1230℃温度范围内, 对合金进行了保温10min, 空冷的固溶处理实验, 测试了合金的室温拉伸、927℃/62MPa的持久性能。可见, 随着固溶温度的升高, 合金的屈服强度、抗拉强度逐渐降低, 延伸率逐渐升高。GH3230合金固溶处理后, 927℃/62MPa的持久寿命随固溶温度的升高逐渐增大, 持久断裂延伸率随固溶温度变化不大。总之, 在1180℃~1230℃固溶温度范围内, 合金的室温拉伸性能和927℃/62MPa的持久性能都能满足强度技术条件要求。
根据上述实验结果并结合GH3230合金的技术协议规定, GH3230合金板材的固溶处理温度下限为1180℃是合理的, 在实际生产允许的条件下提高固溶温度可以获得更好的使用性能。
3结论
1) 本实验条件下GH3230合金再结晶开始温度为950℃, 完全再结晶温度为1100℃。合金再结晶晶粒在1100℃~1220℃的温度范围内随温度升高缓慢增加, 在高于1220℃时, 晶粒明显快速长大。
2) GH3230合金的固溶处理制度:对于本实验中的1.5mm冷轧板材, 1180℃~1240℃保温10min空冷, 可以获得均匀合适的晶粒组织和符合技术条件要求的综合性能。
(a) 900℃, (b) 950℃, (c) 1050℃, (d) 1100℃, (e) 1200℃, (f) 1240℃。
GH3230合金
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