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GH3230合金是一種以w、Mo元素作為固溶強化和以碳化物作為第二相強化的鎳基高溫合金。該固溶強化鎳基合金源于Ni-Cr-Mo-W合金系統(tǒng)，合金中的Ni元素提供穩(wěn)定的奧氏體基體和通過添加Cr、Mo、w、c、B來增加合金的高溫強度和腐蝕抗力。通過添加W元素含量以進行有效地固溶強化，通過添加C促進富Cr的 MsC碳化物的形成，M3C6碳化物在奧氏體基體和退火孿晶界的析出對位錯的釘扎以提高合金的蠕變強度，該合金加入La提高其抗氧化性,用B進行晶界強化,使合金兼具良好的強度、熱穩(wěn)定性和抗腐蝕性2。該合金膨脹系數(shù)小，部件熱應力小，易于加工和焊接，在氧化氣氛下的長期使用溫度可達到1150℃,目前國內(nèi)生產(chǎn)產(chǎn)品以冷軋薄板為主。本文合金的熱處理是指在冷軋后的固溶處理。本文主要研究了GH3230合金在固溶過程中的組織和性能演變規(guī)律，并根據(jù)這些規(guī)律定了合適的熱處理制度。

實驗用料為撫鋼真空感應爐冶煉電極，經(jīng)電渣重熔，鍛造開坯，四混可逆式軋機生產(chǎn)的第一批GH3230板材，爐號:6D61164。實驗前板材狀態(tài)為厚度1.5mm冷軋薄板，化學成分見表1。

實驗結果與討論

首先研究了GH3230冷軋薄板在900～1240℃的溫度范圍內(nèi)保溫10min后的金相組織和顯微硬度變化規(guī)律，對靜態(tài)再結晶過程進行了研究。然后測試了1120～1240℃溫度范圍內(nèi)的力學性能。在上述實驗結果基礎上，確定了合金的熱處理制度。2.1基體的再結晶行為和合金晶粒長大傾向研究厚度1.5mm冷變形硬化板在不同固溶溫度下保溫10min空冷后，基體將發(fā)生回復和再結晶。通過金相觀察、硬度測試，分析了合金基體的回復再結晶情況。結果如表2圖1和圖2所示。

由表2、圖1和圖2可以看出，隨著固溶溫度的升高,厚度1.5mm冷軋板材的顯微組織演變經(jīng)歷了如下三個階段。第一階段在低于1100℃的溫度范圍內(nèi)，冷軋板材在950℃時開始發(fā)生靜態(tài)再結晶，之后再結晶程度逐漸提高，到1100℃再結晶全部完成。這個過程中，由于再結晶的軟化效果，板材的硬度大幅下降，下降過程如圖1所示。第二階段在1100℃到1220℃的溫度范圍內(nèi),合金板材都具有*的等軸晶組織，隨著溫度的升高，其顯微組織演變主要表現(xiàn)為再結晶后的晶粒尺寸的增大,見圖2。在該溫度范圍內(nèi)板材硬度基本保持恒定，表明這個固溶溫度范圍內(nèi)靜態(tài)再結晶的軟化作用都*發(fā)揮,并且效果相當，而該溫度范圍內(nèi)靜態(tài)再結晶過程的差異僅僅是晶粒大小的區(qū)別。第三階段在高于1220℃處理后，晶粒長大速率明顯增大，晶粒尺寸都保持著較好的均勻性，同時板材硬度也大幅下降。可見在高于1220℃的溫度范圍內(nèi)，有一種有別于再結晶行為的軟化機制,可能是合金中初生M,C碳化物的大幅回溶。

綜合以上分析可以看出,對冷軋板材在1100℃固溶后就可以達到消除冷變形組織，軟化基體的目的，因此板材的軟化退火溫度可選擇在1100℃以上。從控制固溶處理后的晶粒尺寸來看，板材的最終固溶處理溫度在1180℃~1220℃的溫度范圍內(nèi)可以得到7級左右的穩(wěn)定晶粒，在高于1220℃~1240℃溫度范圍內(nèi)，可以得到6.5~5級的晶粒。

合金固溶處理制度的確定

在1180℃~1230℃溫度范圍內(nèi),對合金進行了保溫10min，空冷的固溶處理實驗，測試了合金的室溫拉伸、927℃/62MPa的持久性能。結果見表3所示?？梢姡S著固溶溫度的升高，合金的屈服強度、抗拉強度逐漸降低，延伸率逐漸升高。GH3230合金固溶處理后，927℃/62MPa的持久壽命隨固溶溫度的升高逐漸增大,持久斷裂延伸率隨固溶溫度變化不大?？傊?180℃～1230℃固溶溫度范圍內(nèi),合金的室溫拉伸性能和927℃/62MPa的持久性能都能滿足強度技術條件要求。

根據(jù)上述實驗結果并結合GH3230合金的技術協(xié)議規(guī)定，GH3230合金板材的固溶處理溫度下限為1180℃是合理的,在實際生產(chǎn)允許的條件下提高固溶溫度可以獲得更好的使用性能。

1)本實驗條件下GH3230合金再結晶開始溫度為950℃，*再結晶溫度為1100℃。合金再結晶晶粒在1100℃~～1220℃的溫度范圍內(nèi)隨溫度升高緩慢增加，在高于1220℃時，晶粒明顯快速長大。

2) GH3230合金的固溶處理制度:對于本實驗中的1.5mm冷軋板材，1180℃~1240℃保溫10min空冷，可以獲得均勻合適的晶粒組織和符合技術條件要求的綜合性能。