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 ·803· 元素再分配规律与nconel?740合金相近，Nb、Mo和 GH2984合金，Nb元素的偏聚最为严重，而其造成合 Ti发生正偏析，而Cr发生负偏析，该合金中Fe元素 金初熔点降低的程度也最大.初熔点的变化主要影 偏聚现象也比较明显，且为负偏析：nconel617合金 响合金扩散退火工艺的制定，在存在严重偏析的合 除Mo元素发生明显正偏析外，其余元素的偏析幅 金中，合金的扩散退火温度应低于当前成分决定的 度不大 初熔点温度，否则会导致局部过烧而出现液相.在 合金元素偏析会造成局部成分改变而使合金的 元素偏析未完全消除的情况下，考虑到各偏聚元素 初熔点发生变化，由计算可知三种合金凝固过程中 的综合作用，即使每种元素小范围偏析也会造成初 偏聚明显的元素主要为Ti、Mo和Nb.Thermo-Calc 熔点的明显降低.由于三种合金主要用来生产锅炉 软件可以计算出液相出现的起始温度，即合金的初 管道材料，研究表明管材挤压过程中会出现明显的 熔点.在结合凝固过程中元素再分配规律的基础 局部升温☒，在初熔点降低的条件下，加工过程中 上，计算了这三种元素成分波动对合金初熔点的影 局部的过高温度有可能引起液化裂纹出现，使荒管 响规律（图4）.可以看出，随着三种元素含量逐渐 报废，所以治炼后扩散退火工艺的制定和执行尤为 升高，合金的初熔点降低.对于Inconel740和 重要 1320- (a) -ncone740 1310b --Inconel740 1300 -Inconel617 --Inconel617 ▲GH2984 1300 -,H2984 年1280 1290 1280 1240 1270- 1220 1260- 4 024681012141618 T元素质量分数/% M元素质异分数/% 1320f (c) --Inconel740 1260 -GH2984 1200 11404 1080 23456 N元素质量分数% 图4偏析元素对合金初熔点的影响.(a)Ti:(b)Mo:(c)Nb Fig.4 Effects of element segregation on the initial melting point of the three alloys:(a)Ti:(b)Mo:(c)Nb 2.3 nconel740合金中y相和m相的析出行为 金nconel740为例，着重分析不同Al、Ti含量对y y相Ni,(Al,Ti)是nconel?740和GH2984合金 相析出行为的影响.图5为y相回溶温度和754℃ 的主要强化相，两种合金的标准热处理过程中均 析出量随A、T变化的等高线图.可以看出，当Al 采用低温时效析出y相来达到强化目的，y相在 质量分数在0.2%~2.0%、Ti质量分数在0.4%~ 超超临界温度段基本保持稳定，是这两种合金高 2.4%波动时，y'相的回溶温度范围为570~ 温强度的主要来源.研究表明，固溶强化型 1006℃，754℃时析出量范围为2.7%-26.0%.随 Inconel617合金少量析出的y'相可以有效增强合 着Al含量的增加，y相回溶温度逐渐升高，即Al元 金在500~800℃温度范围内的力学性能，所以 素的增加使y相的稳定性增强，并且754℃时析出 研究γ相的析出规律对掌握合金组织和性能有重 量增大.在相同Al含量的条件下，随着Ti的增多， 要意义 γ相回溶温度略有升高，而析出量的变化分为两个 己有研究表明，A山、Ti含量对y相的回溶温度 阶段：当Al质量分数小于1.2%时Ti的增多对Y相 和析出量影响较大)，所以本节将以析出强化型合 析出量的影响不大，当Al质量分数大于1.2%时y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 元素再分配规律与 Inconel740 合金相近，Nb、Mo 和 Ti 发生正偏析，而 Cr 发生负偏析，该合金中 Fe 元素 偏聚现象也比较明显，且为负偏析; Inconel617 合金 除 Mo 元素发生明显正偏析外，其余元素的偏析幅 度不大． 合金元素偏析会造成局部成分改变而使合金的 初熔点发生变化，由计算可知三种合金凝固过程中 偏聚明显的元素主要为 Ti、Mo 和 Nb． Thermo--Calc 软件可以计算出液相出现的起始温度，即合金的初 熔点． 在结合凝固过程中元素再分配规律的基础 上，计算了这三种元素成分波动对合金初熔点的影 响规律( 图 4) ． 可以看出，随着三种元素含量逐渐 升高，合金的初熔点降低． 对 于 Inconel740 和 GH2984 合金，Nb 元素的偏聚最为严重，而其造成合 金初熔点降低的程度也最大． 初熔点的变化主要影 响合金扩散退火工艺的制定，在存在严重偏析的合 金中，合金的扩散退火温度应低于当前成分决定的 初熔点温度，否则会导致局部过烧而出现液相． 在 元素偏析未完全消除的情况下，考虑到各偏聚元素 的综合作用，即使每种元素小范围偏析也会造成初 熔点的明显降低． 由于三种合金主要用来生产锅炉 管道材料，研究表明管材挤压过程中会出现明显的 局部升温［12］，在初熔点降低的条件下，加工过程中 局部的过高温度有可能引起液化裂纹出现，使荒管 报废，所以冶炼后扩散退火工艺的制定和执行尤为 重要． 图 4 偏析元素对合金初熔点的影响． ( a) Ti; ( b) Mo; ( c) Nb Fig． 4 Effects of element segregation on the initial melting point of the three alloys: ( a) Ti; ( b) Mo; ( c) Nb 2. 3 Inconel740 合金中 γ'相和 η 相的析出行为 γ'相 Ni3 ( Al，Ti) 是 Inconel740 和 GH2984 合金 的主要强化相，两种合金的标准热处理过程中均 采用低温时效析出 γ'相来达到强化目的，γ'相在 超超临界温度段基本保持稳定，是这两种合金高 温强 度 的 主 要 来 源． 研 究 表 明，固 溶 强 化 型 Inconel617 合金少量析出的 γ'相可以有效增强合 金在500 ～ 800 ℃ 温度范围内的力学性能［11］，所以 研究 γ'相的析出规律对掌握合金组织和性能有重 要意义． 已有研究表明，Al、Ti 含量对 γ'相的回溶温度 和析出量影响较大［13］，所以本节将以析出强化型合 金 Inconel740 为例，着重分析不同 Al、Ti 含量对 γ' 相析出行为的影响． 图 5 为 γ'相回溶温度和 754 ℃ 析出量随 Al、Ti 变化的等高线图． 可以看出，当 Al 质量分数在 0. 2% ～ 2. 0% 、Ti 质量分数在0. 4% ～ 2. 4% 波 动 时，γ' 相的回溶温度范围为 570 ～ 1 006 ℃，754 ℃时析出量范围为 2. 7% ～ 26. 0% ． 随 着 Al 含量的增加，γ'相回溶温度逐渐升高，即 Al 元 素的增加使 γ'相的稳定性增强，并且 754 ℃ 时析出 量增大． 在相同 Al 含量的条件下，随着 Ti 的增多， γ'相回溶温度略有升高，而析出量的变化分为两个 阶段: 当 Al 质量分数小于 1. 2% 时 Ti 的增多对 γ'相 析出量的影响不大，当 Al 质量分数大于 1. 2% 时 γ' ·803·