700℃超超临界锅炉用镍基合金管材的研究进展

高性能锅炉用管材的开发及应用是700℃超超临界火电机组的核心技术,重点介绍了国外700℃超超临界火电机组锅炉用镍基合金管材的研究现状和成果,为国内该领域的技术发展提供参考。     

H4698合金高温低周疲劳性能分析

研究了GH4698合金650℃时应变控制条件下的高温低周疲劳性能.结合疲劳试验数据,分析了合金的循环应力响应、循环应变响应及应力应变滞后回线,探讨了GH4698合金的疲劳性能.结果表明:GH4698合金在应变幅较低时具有良好的抗疲劳性能,而在较高应变幅时抗疲劳性能较差;在应变幅较低时合金会发生循环硬化和软化现象,而在应变幅较高时合金只发生循环硬化现象;随着应变幅的增加合金的循环韧性提高.     

热处理工艺对GH4706合金显微组织与力学性能的影响

为掌握热处理工艺对GH4706合金组织性能的影响规律,研究了A、B、MST三种热处理工艺与合金组织性能的相关关系.结果表明,GH4706合金的主要强化相为γ＇相与γ＇/γ″共析出相,η相附近易形成γ＇、γ″相贫化区.A工艺在中间时效阶段析出的大尺寸γ＇相与时效阶段析出的小尺寸γ＇/γ″共析出相能够起到错配强化的效果,增大合金的室温拉伸强度.室温下η相为脆性相,不利于室温拉伸塑性与冲击韧性,因而B工艺的室温塑性与冲击韧性最佳.高温下η相能够起到协调晶内与晶界变形的作用,提高合金的650℃/690 MPa持久寿命与塑性,但过量η相析出不利于合金的持久寿命.     

锻态GH4742合金的热变形行为及组织性能演变

利用单道次等温压缩实验获得了锻态GH4742合金在变形温度为 1020~1150 ℃、应变速率为0.001~1 s_^-1、真应变为0.65时的真应力-应变曲线,构建了GH4742合金的热变形本构方程和热加工图,并采用SEM、EBSD等研究了热变形过程中微观亚结构以及γ′相的演变规律,建立了变形工艺条件-组织形态差异-性能变化之间的关联性。结果表明：合金的组织性能演化机制与Z参数密切相关,1080 ℃低温变形时,应变速率由0.001 s_^-1增加至1 s_^-1后,lnZ值由75.6增加至82.6,热效应增强,小角度晶界比例降低,动态再结晶比例增加,组织发生细化,基体硬度增加;1110 ℃高温变形时,随着应变速率增加,lnZ值由74增加至78.5,位错滑移和晶界迁移减缓,小角度晶界比例增加,动态再结晶比例降低,加工硬化程度增加,基体硬度增加。GH4742合金不发生动态再结晶晶粒粗化的临界lnZ值为73。结合热加工图和变形组织分析得出锻态GH4742合金良好的加工区域为变形温度1110～1150 ℃、应变速率0.01～0.1s_^-1。     

变形参数对GH4742合金动态再结晶及γ′相的影响

 为了研究不同变形参数对锻态GH4742合金动态再结晶及γ′相的影响,利用单道次等温压缩试验获得了变形温度为1 050～1 150 ℃、变形量为30%～70%、变形速率为0.1 s-1时的真应力-真应变曲线,分析了不同变形参数下真应力-真应变曲线以及峰值应力的变化规律,同时采用SEM、EBSD对不同变形参数下动态再结晶过程中的亚结构以及γ′相进行了精细表征,定量计算了基体内的几何位错密度以及发生动态再结晶的比例,并测试了不同变形参数下基体的硬度。重点探讨了不同变形参数下动态再结晶的形核机制,深入分析了动态再结晶过程中亚结构以及γ′相的演变规律。结果表明,变形温度为1 080 ℃时,基体中存在大量未溶的一次γ′相,小角度晶界比例超过35%,基体发生动态再结晶比例小于35%,主要形核方式为连续动态再结晶。变形温度为1 110 ℃,一次γ′相尺寸减小并发生回溶,小角度晶界比例小于8%,基体发生动态再结晶比例超过75%,主要形核方式为不连续动态再结晶。随着变形量增加,一次γ′相尺寸增大、数量密度降低,小角度晶界比例显著下降,动态再结晶比例明显提高。低温变形时基体硬度随着变形量增加而显著增加,而高温变形时硬度先增加后逐渐趋于不变。GH4742合金变形温度为1 110 ℃时,变形量50%时已完成动态再结晶,组织为等轴的动态再结晶晶粒,基体硬度较低,为357HV,在此变形参数下加工具有良好的热成型性能。     

一种新型镍基高温合金组织及性能的研究

GH4742(俄ЭП742)合金属于典型的高合金化难变形镍基高温合金涡轮盘材料，本文通过调整Al、Ti、Nb的成分对GH4742合金进行改进，发明了一种新型镍基高温合金。利用JMatPro模拟得到平衡相图，再利用光学金相显微镜和场发射扫描电镜对合金的晶粒组织、碳化物以及γ′相分布情况进行观察，同时对力学性能进行了检测。结果表明：平衡状态下的合金从1 400 ℃到300 ℃的冷却过程中相转变可概括为L → L+γ → L+γ+MC →γ+MC+γ′ → γ+γ′+MC+μ → γ+γ′+μ+MC+M23C6 → γ+γ′+μ+MC+M23C6+σ，780 ℃下析出γ′相的质量分数为40.88%；锻造变形工艺为γ+γ′双相区变形，1 120 ℃固溶后经过标准双时效处理(850 ℃/6 h/AC＋780 ℃/6 h/AC)后的显微组织明显可见两种不同尺寸晶粒，小晶粒(13 μm)呈项链状分布于大晶粒(100 μm)周围；该合金中的碳化物主要为大尺寸、不规则形状的MC(NbC、TiC、VC)，断续穿晶和沿晶分布；强化相γ′相的分布状态也有大小两种不同尺寸，γ′I相平均直径为600 nm，γ′II相平均直径为150 nm，两种尺寸γ′相强化的良好匹配，使得该合金在具有较高强度的同时又具有较高的塑性，力学性能优异，室温抗拉强度1 478 MPa，尤其是650 ℃/863 MPa下的持久性能为194 h，远远超过GH4742合金650 ℃/823 MPa持久下50 h的标准。     

GH4698合金的热处理制度

 在现有GH4698合金热处理制度研究的基础上，提出了两种新型的热处理制度：①去除原有热处理制度中的二次固溶；②采用先低温时效，后高温时效的倒双级时效方法。研究了这两种热处理制度对GH4698合金棒材组织和性能的影响。最终得到了一种新型的适合于GH4698合金的热处理制度：1 000 ℃×8 h，AC(空冷)+650 ℃×20 h，AC+775 ℃×16 h，AC。     

基于LAM全域分析技术探究GH4698热加工过程组织演化

目的 研究GH4698在变形温度为1100℃、压下速率为0.12 mm/s、压下量为40％的热变形条件和固溶温度为1120℃、保温时间为8 h、水淬的热处理条件下的显微组织演化规律.方法 采用Thermecmastor-z型热模拟试验机进行等温恒应变速率压缩试验,并随后在热处理炉内完成热处理试验,利用大面积拼接(LAM)全域表征技术,分析GH4698热变形和固溶处理后显微组织的演化规律.结果 在应变量小于动态再结晶临界应变(ε=0.165)的区域,固溶后晶粒尺寸分布不均,平均晶粒尺寸为63μm,最大晶粒尺寸为439μm,超过平均晶粒尺寸的5倍以上;随着应变量的增大(ε>0.165),动态再结晶百分数随之增加,固溶后平均晶粒尺寸也呈减小趋势.热变形后孪晶分布与应变量密切相关,具体为小应变区孪晶密度为40.7％,中应变区孪晶密度为10.6％,大应变区孪晶密度为28.9％.结论 固溶后晶粒尺寸分布特征与热变形后动态再结晶百分数密切相关:由于变形储能分布不均,固溶后晶界迁移速率较大,导致在临界应变区(ε=0.165)晶粒尺寸分布不均;固溶后小于临界应变的区域(ε<0.165),主要发生静态再结晶使晶粒细化;随着动态再结晶百分数的增加,固溶后晶粒尺寸随着应变量(ε>0.165)的增大而逐渐减小.孪晶分布和动态再结晶也存在一定的相关性.     

大尺寸GH4742合金铸锭夹杂物及析出相分布特征

为明确大尺寸GH4742合金铸态组织中析出相和夹杂物的分布特征,采用扫描电子显微镜、金相分析及电解腐蚀等方法,分析了φ660 mm锭型GH4742合金中夹杂物和析出相的组成、形貌及数量.结果 显示,合金铸锭中的夹杂物主要有SiO2、CaO、Al2O3-SiO2、CaO-SiO2及碳氮化物.合金中夹杂物数量密度为14.7...     

长期时效过程中GH4586合金的微观组织演变机理

系统研究了航空涡轮盘GH4586A和GH4586B合金在700～800℃长期时效时,合金微观组织的演变过程.重点研究了时效过程中沉淀强化相与奥氏体基体的稳定性,尤其是拓扑密排相(TCP相)析出行为及其与时效温度和时效时间的关系.研究表明,长期时效过程中GH4586B合金未见TCP相析出,但γ相随时效时间的延长快速粗化,导致合金室温与高温强度显著衰减.GH4586A合金的γ相长大缓慢,从而保持了稳定的抗拉强度,但在750℃、2000h以上时效时出现了μ相析出在晶界与晶内M6C二次碳化物表面形核并以半共格形式向奥氏体基体内生长,致使合金的塑性有所下降.