第6期 江河等：700℃超超临界锅炉材料617B合金铸态组织及均匀化工艺 ·799· MC。M,C和T(C,N)D12-国，因此枝晶间析出相 元素偏析系数k来进行评判，但由于偏析系数无法 不仅是M2C6和M,C的复合碳化物，同时还共生有 与枝晶间距（表征冷却速率）、均匀化时间和温度等 Ti(C,N),与前文所述枝晶间存在Mo、Ti和Cr元素 工业实际应用参数相关联，不便于用来制定均匀化 偏析相吻合.电渣锭12半径处析出相形貌如图5 工艺，对实际生产的指导性较弱.目前常用的方 (a)所示.晶界上的典型析出相与心部相同，是 法是采用残余偏析指数和均匀化动力学方程，通过 M3C6和MC的复合碳化物，呈白色，如图5(b)所 原始偏析情况预测达到均匀化所需要的温度和时 示：枝晶间析出相主要呈现中心黑色不规则块状加 间，从而指导工业生产 周用白色弥散小颗粒的形貌，中心黑块为富Mo和 Hillert指出，具有显微偏析的铸态组织中，固 Cr的一次碳化物M,C,而周围细小的弥散分布的为 溶体内各合金组元的质量分数沿枝晶间分布大多呈 M:Cs,如图5(c)所示.电渣锭边缘析出相形貌如 周期性变化，这种变化近似符合余弦形式，均匀化过 图6(a)所示，晶界处存在亮白色的MaC6和M,C的 程中某元素在特定位置的质量分数随时间变化规 复合碳化物和单独存在的灰色的M,C;枝晶间析出 律为 相与1/2半径处相同，被弥散的M,C6包裹的块状 M,C,如图6(c)所示. c=c+4G,cm…2要ep(-4'r2) 表4电渣锭典型析出相成分（质量分数） 式中，C(x)为x位置某元素质量分数，C为平均质 Table 4 Composition of typical precipitated phases in the ingot% 量分数，△C。为最高（最低）质量分数与平均质量分 位置 Al Ti Cr Co Ni Mo 数差，L为枝晶间距，D为元素扩散系数，t为均匀化 1# 0.76 42.178.4134.0214.63 时间.若只考虑质量分数最高和最低点，则定义δ 28 7.57 8.0914.247.1322.31 40.66 为均匀化t时间后的残余偏析指数： 3# 0.84 0.30 57.82 4.78 15.58 20.68 4# 1.061.1823.865.5313.9854.40 8= =m(-m (3) Comax-Comin 5# 1.91 0.67 23.2110.5350.82 12.84 式中，Comx、Con和CmasCain2分别为均匀化前后最高 综上所述，在617B合金电渣锭中主要析出相 和最低质量分数，元素扩散系数D随温度变化规律 有富Mo和Cr的一次碳化物MC和二次碳化物 如式(1)所示.由式(3)可知，残余偏析指数与铸态 MC6,两者在晶界上常共生在一起，同时在晶界上 枝晶间距、热处理时间和温度相关，可以作为设计均 还有连续片状碳化物.电渣锭心部由于T元素偏 匀化制度的依据.当残余偏析指数δ达到0时即完 析比1/2半径和边缘处更加明显，晶内析出相表现 成了完全均匀化：但在工业生产中认为当δ达到 为M2:C6和MC的复合碳化物与Ti(C,N)共生；电 0.2时，元素偏析基本消除a 渣锭1/2半径和边缘处的晶内析出相则呈现出中心 将Mo和Ti元素的最小扩散系数和最大激活能 块状M,C碳化物周围弥散分布细小的M,C6颗粒的 代入式(3)，设8=0.2，计算得到针对Mo和Ti元 形貌 素的扩散退火温度和保温时间关系曲线，如图7所 2.3均匀化 示.在相同枝晶间距下随着均匀化温度的升高，所 均匀化工艺的合理性可以通过计算均匀化后的 需保温时间减少：随着枝晶间距增大，采用相同均匀 1350 1450 a (b) 1300 1400 1250 1200 00020um1300um150m 100um 1350 1300 020um130吧40m150wm 1150 1250 1100 1200 50um/ 50μm 1050 60μ 1150 70m 70 0um904m 80μm90um 0 10 20 30 40 1100 10 20 30 图7基于残余偏析指数得到的Mo(a)和T(b)元素均匀化动力学曲线 Fig.7 Calculated kinetic homogenization curves of Mo (a)and Ti(b)by the residual segregation parameter model第 6 期 江 河等: 700 ℃超超临界锅炉材料 617B 合金铸态组织及均匀化工艺 M23C6、M6C 和 Ti( C，N) ［9，12 － 13］，因此枝晶间析出相 不仅是 M23C6和 M6 C 的复合碳化物，同时还共生有 Ti( C，N) ，与前文所述枝晶间存在 Mo、Ti 和 Cr 元素 偏析相吻合． 电渣锭 1 /2 半径处析出相形貌如图 5 ( a) 所 示． 晶界上的典型析出相与心部相同，是 M23C6和 M6C 的复合碳化物，呈白色，如图 5( b) 所 示; 枝晶间析出相主要呈现中心黑色不规则块状加 周围白色弥散小颗粒的形貌，中心黑块为富 Mo 和 Cr 的一次碳化物 M6C，而周围细小的弥散分布的为 M23C6，如图 5( c) 所示． 电渣锭边缘析出相形貌如 图 6( a) 所示，晶界处存在亮白色的 M23C6和 M6C 的 复合碳化物和单独存在的灰色的 M6 C; 枝晶间析出 相与 1 /2 半径处相同，被弥散的 M23 C6 包裹的块状 M6C，如图 6( c) 所示． 表 4 电渣锭典型析出相成分( 质量分数) Table 4 Composition of typical precipitated phases in the ingot % 位置 Al Ti Cr Co Ni Mo 1# ― 0. 76 42. 17 8. 41 34. 02 14. 63 2# 7. 57 8. 09 14. 24 7. 13 22. 31 40. 66 3# 0. 84 0. 30 57. 82 4. 78 15. 58 20. 68 4# 1. 06 1. 18 23. 86 5. 53 13. 98 54. 40 5# 1. 91 0. 67 23. 21 10. 53 50. 82 12. 84 图 7 基于残余偏析指数得到的 Mo ( a) 和 Ti ( b) 元素均匀化动力学曲线 Fig． 7 Calculated kinetic homogenization curves of Mo ( a) and Ti ( b) by the residual segregation parameter model 综上所述，在 617B 合金电渣锭中主要析出相 有富 Mo 和 Cr 的一次碳化物 M6 C 和二次碳化物 M23C6，两者在晶界上常共生在一起，同时在晶界上 还有连续片状碳化物． 电渣锭心部由于 Ti 元素偏 析比 1 /2 半径和边缘处更加明显，晶内析出相表现 为M23C6和 M6C 的复合碳化物与 Ti( C，N) 共生; 电 渣锭 1 /2 半径和边缘处的晶内析出相则呈现出中心 块状 M6C 碳化物周围弥散分布细小的 M23C6颗粒的 形貌． 2. 3 均匀化 均匀化工艺的合理性可以通过计算均匀化后的 元素偏析系数 k 来进行评判，但由于偏析系数无法 与枝晶间距( 表征冷却速率) 、均匀化时间和温度等 工业实际应用参数相关联，不便于用来制定均匀化 工艺，对实际生产的指导性较弱［14］． 目前常用的方 法是采用残余偏析指数和均匀化动力学方程，通过 原始偏析情况预测达到均匀化所需要的温度和时 间，从而指导工业生产． Hillert ［15］指出，具有显微偏析的铸态组织中，固 溶体内各合金组元的质量分数沿枝晶间分布大多呈 周期性变化，这种变化近似符合余弦形式，均匀化过 程中某元素在特定位置的质量分数随时间变化规 律为 C( x) = C + 1 2 ΔC0 cos 2πx L ( exp － 4π2 L2 D ) t ． ( 2) 式中，C( x) 为 x 位置某元素质量分数，C 为平均质 量分数，ΔC0为最高( 最低) 质量分数与平均质量分 数差，L 为枝晶间距，D 为元素扩散系数，t 为均匀化 时间． 若只考虑质量分数最高和最低点，则定义 δ 为均匀化 t 时间后的残余偏析指数: δ = Cmax － Cmin C0max － C0min = ( exp － 4π2 L2 D ) t ． ( 3) 式中，C0max、C0min和 Cmax、Cmin分别为均匀化前后最高 和最低质量分数，元素扩散系数 D 随温度变化规律 如式( 1) 所示． 由式( 3) 可知，残余偏析指数与铸态 枝晶间距、热处理时间和温度相关，可以作为设计均 匀化制度的依据． 当残余偏析指数 δ 达到 0 时即完 成了完全均匀化; 但在工业生产中认为当 δ 达到 0. 2 时，元素偏析基本消除［16］． 将 Mo 和 Ti 元素的最小扩散系数和最大激活能 代入式( 3) ，设 δ = 0. 2，计算得到针对 Mo 和 Ti 元 素的扩散退火温度和保温时间关系曲线，如图 7 所 示． 在相同枝晶间距下随着均匀化温度的升高，所 需保温时间减少; 随着枝晶间距增大，采用相同均匀 ·799·