第7期 王珏等：700℃以上超超临界电站锅炉过热器管材用典型镍基合金的平衡析出相规律 ·805· 有利影响 次碳化物的平衡析出量更大，如图9所示.研究表 Inconel6I7合金一次碳化物M,C的液析趋势不 明，三种合金M:C6相都是时效过程中的主要析出 大，并且在980℃存在析出峰值.研究表明m, 相，其在晶界的弥散析出起到钉扎晶界的作用而有 nconel617合金在593℃下长时间时效仍有少量 利于提高合金的高温持久强度.Inconel6l7合金的 M,C析出，当时效温度为721℃时晶内和晶界的析 二次碳化物析出温度范围最大，Wū等m研究表明， 出量均增大，此时其与M:C。都可以提高合金蠕变 在871℃长期时效过程中，MC6会保持细小弥散形 抗力，当时效温度高于807℃时M,C发生严重的聚 态，是该合金蠕变抗力的主要来源，进一步研究发现 集粗化，失去了强化晶界的作用，由此可以看出动力 该温度下发生的反应MC+y→MC6+y使一次碳 学作用使M,C的析出规律偏离了热力学平衡相图. 化物逐渐团聚消耗，生成的两种相均可以提高合金 由图8可以看出，GH2984合金一次碳化物析出的 性能，从而使nconel617合金在很大的温度范围内 温度范围很宽(589℃到1324℃)，平衡析出量质量 保持较高的持久强度. 分数达到0.5%.由于合金回溶温度高于合金初熔 王淑荷等a认为，应力作用可以促进GH2984 点，所以液析的趋势很大.有学者对GH2984合金 合金中M:C6的生成，并且在长期时效过程中遵循 一次碳化物形态进行观察，发现其为NbC和Ti MC一→M2:C6→o的转化规律.三种合金的平衡相图 (CN)的包覆结构，并且随机分布在晶界和晶内，符 中均出现了σ相，但只在GH2984合金的实际组织 合液相析出的特点，与热力学相图计算结果 观察中得到验证.另外在GH2984合金中，由图10 相同( 可以看出，随着Fe含量的升高，σ相析出温度范围 4.5 0.045 和析出量都增大，当Fe质量分数高于30%时，合金 -Ti 4.0 △T=0 0.040 在超超临界主要的工作温度范围内(700~750℃) 35 Al 0.035 稳定存在σ相，这会对GH2984合金在工作温度段 3.0 0.030 的力学性能产生不利影响. 2.5 0.025太 2.0 0020号 1.2 1.5 ■-nc0ne740 1.0 0.0I5 1.0 一nce617 ▲GH2984 0.5 0.010 0.8 025-15 -55152535450.005 △℃ 图7部分元素对nconel740合金MC碳化物析出温度和初熔点 的影响规律 0.2 Fig.Effect of some elements on the precipitation temperature of MC 0 4005006007008009001000 and the initial melting temperature of Incone740 温度℃ 图9三种合金M3C6碳化物析出行为 2.0r -Inconel740 Fig.9 Precipitation behaviors of M2C6 in three alloys 1.6 =H2984 2.5三种合金超超临界温度段析出相对比 1.2 表3为三种合金在700℃下各平衡析出相的含 量与文献报道中实际测量值的对比.经过700℃时 0.4 MC 效2kh的Inconer740合金利用化学相分析得到y'+T MC 的质量分数约为16.8%，二次碳化物M2C6的析出 500 700 9001100 1300 量为0.15%（质量分数）因，均小于计算值，考虑到 温度℃ 时效时间有限，与计算所得到平衡相图的差距是可 图8三种合金一次碳化物析出行为 以接受的.从液相析出中析出的一次碳化物MC在 Fig.8 Precipitation behavior of primary carbides in three alloys 后期的加工和热处理过程中基本不发生变化，所以 (2)二次碳化物.三种合金二次碳化物的种类 仍然可以观察到平衡相图中700℃下并不存在的 相同，均为富Cr的M2sC6,但由于Inconel617合金和 MC.相图计算中出现的σ相，在长时间高温时效过 GH2984合金的C含量高于nconel740合金，所以二 程中均没有出现第 7 期 王 珏等: 700 ℃以上超超临界电站锅炉过热器管材用典型镍基合金的平衡析出相规律 有利影响． Inconel617 合金一次碳化物 M6C 的液析趋势不 大，并且 在 980 ℃ 存 在 析 出 峰 值． 研 究 表 明［11］， Inconel617合 金 在 593 ℃ 下长时间时效仍有少量 M6C 析出，当时效温度为 721 ℃ 时晶内和晶界的析 出量均增大，此时其与 M23 C6 都可以提高合金蠕变 抗力，当时效温度高于 807 ℃ 时 M6C 发生严重的聚 集粗化，失去了强化晶界的作用，由此可以看出动力 学作用使 M6C 的析出规律偏离了热力学平衡相图． 由图 8 可以看出，GH2984 合金一次碳化物析出的 温度范围很宽( 589 ℃到 1 324 ℃ ) ，平衡析出量质量 分数达到 0. 5% ． 由于合金回溶温度高于合金初熔 点，所以液析的趋势很大． 有学者对 GH2984 合金 一次碳 化 物 形 态 进 行 观 察，发 现 其 为 NbC 和 Ti ( CN) 的包覆结构，并且随机分布在晶界和晶内，符 合液相析出的特点，与 热 力 学 相 图 计 算 结 果 相同［16］． 图 7 部分元素对 Inconel740 合金 MC 碳化物析出温度和初熔点 的影响规律 Fig． Effect of some elements on the precipitation temperature of MC and the initial melting temperature of Inconel740 图 8 三种合金一次碳化物析出行为 Fig． 8 Precipitation behavior of primary carbides in three alloys ( 2) 二次碳化物． 三种合金二次碳化物的种类 相同，均为富 Cr 的 M23C6，但由于 Inconel617 合金和 GH2984 合金的 C 含量高于 Inconel740 合金，所以二 次碳化物的平衡析出量更大，如图 9 所示． 研究表 明，三种合金 M23 C6相都是时效过程中的主要析出 相，其在晶界的弥散析出起到钉扎晶界的作用而有 利于提高合金的高温持久强度． Inconel617 合金的 二次碳化物析出温度范围最大，Wu 等［11］研究表明， 在 871 ℃长期时效过程中，M23C6会保持细小弥散形 态，是该合金蠕变抗力的主要来源，进一步研究发现 该温度下发生的反应 MC + γ→M23 C6 + γ' 使一次碳 化物逐渐团聚消耗，生成的两种相均可以提高合金 性能，从而使 Inconel617 合金在很大的温度范围内 保持较高的持久强度． 王淑荷等［16］认为，应力作用可以促进 GH2984 合金中 M23C6的生成，并且在长期时效过程中遵循 MC→M23C6→σ 的转化规律． 三种合金的平衡相图 中均出现了 σ 相，但只在 GH2984 合金的实际组织 观察中得到验证． 另外在 GH2984 合金中，由图 10 可以看出，随着 Fe 含量的升高，σ 相析出温度范围 和析出量都增大，当 Fe 质量分数高于 30% 时，合金 在超超临界主要的工作温度范围内( 700 ～ 750 ℃ ) 稳定存在 σ 相，这会对 GH2984 合金在工作温度段 的力学性能产生不利影响． 图 9 三种合金 M23C6碳化物析出行为 Fig． 9 Precipitation behaviors of M23C6 in three alloys 2. 5 三种合金超超临界温度段析出相对比 表 3 为三种合金在 700 ℃下各平衡析出相的含 量与文献报道中实际测量值的对比． 经过 700 ℃ 时 效2 kh 的 Inconel740 合金利用化学相分析得到 γ' + η 的质量分数约为 16. 8% ，二次碳化物 M23 C6的析出 量为 0. 15% ( 质量分数) ［6］，均小于计算值，考虑到 时效时间有限，与计算所得到平衡相图的差距是可 以接受的． 从液相析出中析出的一次碳化物 MC 在 后期的加工和热处理过程中基本不发生变化，所以 仍然可以观察到平衡相图中 700 ℃ 下并不存在的 MC． 相图计算中出现的 σ 相，在长时间高温时效过 程中均没有出现［5］． ·805·