镍基或Fe-Ni基合金具有优异的高温强度,易于满足700℃电站高温部件强度要求,然而其焊接性能、成形性能和抗腐蚀性能不容易满足高温长时应用的要求,为此国内外针对700℃超超临界电站用高温合金制定了研究计划,开发了HR6W、GH984、CCA617和Inconel740等合金。
我国正在积极开发700℃超超临界技术,为了降低合金成本和电站制造成本,发展适宜于我国原材料特点的电站用高温合金材料,研究人员设计了一种Ni-Cr-W-Fe合金。该合金不含Co,采用W进行固溶强化,采用Al进行析出强化,通过C和B等微量元素进行晶界强化,加入5%~10%(质量分数)的Fe降低合金成本,目标是用于700℃超超临界机组过热器管材。为了考察该合金的组织稳定性,本工作研究了760℃长期时效时合金显微组织的演变规律,分析和讨论了组织变化对拉伸性能的影响。
采用真空感应炉熔炼并浇注成Ni-Cr-W-Fe合金锭,化学成分(质量分数%)为:C0.0071,Cr20,Fe5,W6,Al3.25,B0.002,Ni余量。合金锭在1150℃温度下开坯锻造成35mm×35mm的方坯,再于1100℃热轧成直径为14mm的棒材。棒材热处理制度为:在1100℃固溶处理30min,水冷;760℃时效处理16h,空冷,时效处理后,试样在760℃保温200~3000h。采用OM,SEM和TEM研究该合金在760℃长期时效过程中的显微组织变化,测试了合金室温和高温力学性能,对拉伸断口进行分析。
结果表明:1100℃固溶后合金平均晶粒尺寸约为80μm,晶内包含退火孪晶。760℃时效后合金中析出M23C6和γ'相。γ'相尺寸约为29nm,体积分数约为19%。760℃长期时效后,γ'颗粒平均尺寸与时间t满足Ostwald方程。固溶态合金具有优异的室温塑性,拉伸断口具有韧性断裂形貌。时效态合金室温屈服强度明显增加,塑性下降。随760℃保温时间延长,合金室温和高温屈服强度缓慢降低。与时效态合金相比,1000~3000h时效后的合金室温塑性降低,高温塑性维持在15%左右,与时效态基本相当。