GH3230合金是一種以w、Mo元素作為固溶強(qiáng)化和以碳化物作為第二相強(qiáng)化的鎳基高溫合金。該固溶強(qiáng)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(qiáng)度和腐蝕抗力。通過添加W元素含量以進(jìn)行有效地固溶強(qiáng)化，通過添加C促進(jìn)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(cuò)的釘扎以提高合金的蠕變強(qiáng)度，該合金加入La提高其抗氧化性,用B進(jìn)行晶界強(qiáng)化,使合金兼具良好的強(qiáng)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(yīng)力小，易于加工和焊接，在氧化氣氛下的長期使用溫度可達(dá)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(shí)驗(yàn)用料為撫鋼真空感應(yīng)爐冶煉電極，經(jīng)電渣重熔，鍛造開坯，四混可逆式軋機(jī)生產(chǎn)的第一批GH3230板材，爐號:6D61164。實(shí)驗(yàn)前板材狀態(tài)為厚度1.5mm冷軋薄板，化學(xué)成分見表1。

實(shí)驗(yàn)結(jié)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(jié)晶過程進(jìn)行了研究。然后測試了1120～1240℃溫度范圍內(nèi)的力學(xué)性能。在上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果基礎(chǔ)上，確定了合金的熱處理制度。2.1基體的再結(jié)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(fù)和再結(jié)晶。通過金相觀察、硬度測試，分析了合金基體的回復(fù)再結(jié)晶情況。結(jié)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(gè)階段。第一階段在低于1100℃的溫度范圍內(nèi)，冷軋板材在950℃時(shí)開始發(fā)生靜態(tài)再結(jié)晶，之后再結(jié)晶程度逐漸提高，到1100℃再結(jié)晶全部完成。這個(gè)過程中，由于再結(jié)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(jié)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(gè)固溶溫度范圍內(nèi)靜態(tài)再結(jié)晶的軟化作用都*發(fā)揮,并且效果相當(dāng)，而該溫度范圍內(nèi)靜態(tài)再結(jié)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(shí)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(jié)晶行為的軟化機(jī)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(dá)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(jìn)行了保溫10min，空冷的固溶處理實(shí)驗(yàn)，測試了合金的室溫拉伸、927℃/62MPa的持久性能。結(jié)果見表3所示。可見，隨著固溶溫度的升高，合金的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)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。總之，在1180℃～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(qiáng)度技術(shù)條件要求。

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果并結(jié)合GH3230合金的技術(shù)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(shí)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(shí)驗(yàn)條件下GH3230合金再結(jié)晶開始溫度為950℃，*再結(jié)晶溫度為1100℃。合金再結(jié)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(shí)，晶粒明顯快速長大。

2) GH3230合金的固溶處理制度:對于本實(shí)驗(yàn)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(shù)條件要求的綜合性能。