通过单步形变热处理提高铁镍基合金中低能晶界比例方法技术

本发明专利技术涉及铁镍基合金领域，具体地说是通过单步形变热处理提高铁镍基合金中低能晶界比例的方法。采用单步形变热处理方法，提高低能晶界比例，具体为：高温固溶处理→冷轧变形→保温→水冷→时效处理的工艺路线，该方法具有工艺简单、无需反复冷轧变形和易于实现的优点。本发明专利技术处理的铁镍基合金，低能晶界比例不低于60～85％，其中∑3晶界的比例不低于50％。本发明专利技术处理的铁镍基合金，可形成较强的低能晶界网络、打断大角度随机晶界的连通性，有望显著提高铁镍基合金的抗高温蠕变断裂和耐氢致沿晶开裂能力，具有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
通过单步形变热处理提高铁镍基合金中低能晶界比例方法
本专利技术涉及铁镍基合金领域，具体地说是通过单步形变热处理提高铁镍基合金中低能(低重合位置点阵∑≤29)晶界比例的方法。
技术介绍
晶界是结构相同而取向不同晶粒之间的界面，是一种典型的面缺陷，影响金属与合金中的诸多性能。研究发现，合金的诸多失效行为，例如：晶间腐蚀、应力腐蚀、高温蠕变和持久断裂、疲劳失效和氢致开裂行为等，均与晶界有关。长期以来，如何通过调控晶界来进行合金的性能优化，一直是国内外的研究热点。1984年Watanabe首次提出晶界设计和控制的思想，即通过提高低∑CSL(CSL：CoincidenceSiteLattice，即重合位置点阵；一般认为，∑≤29的晶界为低∑CSL晶界，而∑>29的晶界为大角度随机晶界)晶界比例的方法，调控晶界特征分布，从而改善材料与晶界有关的多种性能。研究发现，∑≤29的低∑CSL晶界相较于大角度随机晶界具有有序结构且晶界能更低。如：大角度随机晶界的晶界能为1.2J/m2，而共格∑3晶界，非共格∑3晶界的晶界能分别仅为0.01J/m2和0.1～0.6J/m2；其他类型的低∑晶界的晶界能虽高于∑3晶界，但仍远小于大角度随机晶界，因此也常将低∑CSL晶界称为低能晶界，获得高比例的低能晶界可减少材料的沿晶断裂和晶间腐蚀等负面现象，也可以改善材料的延展性。沉淀强化铁镍基奥氏体抗氢合金(以下称铁镍基合金)是在单相奥氏体合金的基础上，添加合金元素发展起来的。相较于单相奥氏体合计，铁镍基合金具有较高强度，但抗氢损伤能力却有明显下降。以铁镍基合金J75为例，其室温屈服强度(σ0.2)可达700MPa以上，但氢致延伸率损减达到20％(氢致延伸率损减δL＝(δ0-δH)/δ0，δ0：室温延伸率，δH：饱和充氢后室温延伸率)以上。研究发现：1)氢致沿晶开裂通常发生在大角度随机晶界上，这是导致该类合金抗氢损伤能力下降的重要原因；2)低能晶界处极少发生氢致沿晶界开裂。显然，通过特定的晶界调控方法，在合金中引入高比例的低能晶界、特别是高比例的∑3晶界，形成独特的低能晶界网络结构，打断大角度随机晶界的连通性，提高合金对氢致裂纹萌生和扩展阻力，有望提高该类合金的抗氢损伤能力。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种通过单步形变热处理提高铁镍基合金中低能晶界比例方法，采用简单的单步形变热处理方法、显著提高铁镍基合金中的低能晶界比例。本专利技术的技术方案是：一种通过单步形变热处理提高铁镍基合金中低能晶界比例方法，采用单步形变热处理工艺，使合金中∑≤29的低重合位置点阵晶界比例为60～85％，其中∑3晶界的比例不低于50％，包括如下步骤：(1)将铁镍基合金板材进行固溶处理，处理方法为在970～990℃保温0.5～2h；(2)将步骤(1)中保温处理的铁镍基合金板材进行水淬处理；(3)将步骤(2)中水淬处理后的铁镍基合金板材，进行冷轧变形，变形量为4～10％；(4)将步骤(3)冷轧变形处理后的铁镍基合金板材在900～1050℃保温20～120min，随后水冷至室温；(5)将步骤(4)水冷处理后的铁镍基合金板材在710～730℃保温14～24h，随后取出空冷至室温。所述的通过单步形变热处理提高铁镍基合金中低能晶界比例方法，铁镍基合金板材的厚度范围为2～4mm。所述的通过单步形变热处理提高铁镍基合金中低能晶界比例方法，铁镍基合金的牌号为J75。所述的通过单步形变热处理提高铁镍基合金中低能晶界比例方法，在合金中引入高比例的低能晶界，形成较多的低能晶界网络，打断随机大角度晶界的连通性。所述的通过单步形变热处理提高铁镍基合金中低能晶界比例方法，拉伸测试参照GB/T228.1《金属材料拉伸试验第1部分室温试验方法》进行，合金力学性能满足GJB5723-2006《抗氢钢板规范》的要求。本专利技术的设计思想是：本专利技术是通过单步形变热处理方法提高铁镍基合金中低能晶界比例，将合金中的∑3晶界比例提升至50％以上，低能晶界比例由不足30～45％提升至不低于60～85％。同时，可形成较强的低能晶界网络、打断大角度随机晶界的连通性，具体为：高温固溶处理→冷轧变形→保温→水冷→时效处理的工艺路线。固溶处理：970～990℃保温0.5～2h，一方面可消除加工硬化，使碳化物等析出相回溶；另一方面促使再结晶发生，且保持适宜的晶粒尺寸。采用4～10％冷轧变形，通过冷轧变形在晶粒内部储存形变能，为后期晶界迁移，提高低能晶界比例做准备。保温：在900～1050℃保温20～120min，这一过程中，不但会形成高比例的低能晶界；而且在保温过程中，不同类型晶界会发生交互分解，打断大角度随机晶界的连通性。时效处理：在710～730℃保温14～24h，促使合金在时效过程中析出沉淀强化相，保证J75合金的强度。本专利技术的优点及有益效果是：1、本专利技术在不改变合金成分的前提下，仅通过简单的单步形变热处理方法，即可显著提高合金中的低能晶界比例，具有工艺简单、无需反复冷轧变形，易于实现的优点。2、采用本专利技术方法处理的铁镍基合金，合金中的低能晶界比例不低于60～85％，且其中的∑3晶界比例不低于50％。3、采用本专利技术方法处理的铁镍基合金，通过引入高比例的低能晶界，打断大角度随机晶界连通性，形成独特的低能晶界网络结构。4、采用本专利技术方法处理的铁镍基合金，在引入高比例低能晶界的同时，具有较佳的室温力学性能，屈服强度在700MPa以上，抗拉强度在1050MPa以上，延伸率在30％以上，满足GJB5723-2006《抗氢钢板规范》的要求。附图说明图1为J75合金常规处理和单步形变热处理后的晶界特征分布结果；其中，(a)常规处理(固溶+时效处理)合金，低能晶界比例40％；(b)单步形变热处理合金，低能晶界比例82.2％；(c)常规处理后的大角度随机晶界网络结构示意图；(d)单步形变热处理后形成的低能晶界网络结构示意图。具体实施方式在具体实施过程中，本专利技术提供一种通过简单的单步形变热处理提高铁镍基合金中低能晶界比例的方法。采用单步形变热处理工艺，促使∑3晶界比例提升至50％(长度比例)以上，低能晶界比例提升至不低于60～85％，利用高比例低能晶界打断大角度随机晶界的连通性，形成独特的低能晶界网络，其工艺流程为：高温固溶处理→冷轧变形→保温→水冷→时效处理。其中：铁镍基合金板材的厚度范围为2～4mm，铁镍基合金牌号为J75，其化学成分如下：按重量百分计，Ni：29.0～32.0，Cr：14.0～16.0，Mo：1.30～1.50，钛：1.60～2.30，铝：0.2～0.5，硅：0.1～0.3，硼：0.0008～0.0025，铁：余量。采用上述方法处理的铁镍基合金，可形成较强的低能晶界网络、打断大角度随机晶界的连通性，有望显著提高铁镍基合金的抗高温蠕变断裂和耐氢致沿晶开裂能力，具有广泛的应用前景。下面通过实施例和附图对本专利技术进一步详细描述。实施例1:本实施例中，对厚度为4.0mm的J75合金板材进行单步形变热处理，∑3晶界比例达到66.7％，低能晶界比例达到82.2％。具体实施过程为：1、J75合金板材为热轧板材，热轧板材的化学成分满足GJB5723-2006《抗氢钢板规范》的要求。J75合金板材置于热处理炉中，在97本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通过单步形变热处理提高铁镍基合金中低能晶界比例方法，其特征在于，采用单步形变热处理工艺，使合金中∑≤29的低重合位置点阵晶界比例为60～85％，其中∑3晶界的比例不低于50％，包括如下步骤：(1)将铁镍基合金板材进行固溶处理，处理方法为在970～990℃保温0.5～2h；(2)将步骤(1)中保温处理的铁镍基合金板材进行水淬处理；(3)将步骤(2)中水淬处理后的铁镍基合金板材，进行冷轧变形，变形量为4～10％；(4)将步骤(3)冷轧变形处理后的铁镍基合金板材在900～1050℃保温20～120min，随后水冷至室温；(5)将步骤(4)水冷处理后的铁镍基合金板材在710～730℃保温14～24h，随后取出空冷至室温。

【技术特征摘要】
1.一种通过单步形变热处理提高铁镍基合金中低能晶界比例方法，其特征在于，采用单步形变热处理工艺，使合金中∑≤29的低重合位置点阵晶界比例为60～85％，其中∑3晶界的比例不低于50％，包括如下步骤：(1)将铁镍基合金板材进行固溶处理，处理方法为在970～990℃保温0.5～2h；(2)将步骤(1)中保温处理的铁镍基合金板材进行水淬处理；(3)将步骤(2)中水淬处理后的铁镍基合金板材，进行冷轧变形，变形量为4～10％；(4)将步骤(3)冷轧变形处理后的铁镍基合金板材在900～1050℃保温20～120min，随后水冷至室温；(5)将步骤(4)水冷处理后的铁镍基合金板材在710～730℃保温14～24h，随后取出空冷至室温。2....

【专利技术属性】
技术研发人员：赵明久，胡红磊，戎利建，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21