一种镍铁基合金的热处理方法技术

本发明专利技术属于合金材料热处理技术领域，具体涉及一种镍铁基合金的热处理方法。本发明专利技术的方法能够使得镍铁基合金的抗拉强度和塑性明显提升，从而满足过热器和再热器对管材的性能需求；并且，经过本发明专利技术热处理后的镍铁基合金的抗拉强度并没有达到峰值，方便其后续进一步变形、加工，大大降低了后期的操作难度；同时，热处理后的镍铁基合金在后期服役过程中短时间使用即可进一步析出大量细小的组织，并且由于大小尺度组织间存在明显的应变梯度使得合金的强度和塑性有着显著的提升，同时由于大尺度组织的析出在其周围形成了成分场与应力场对后续析出的细小组织长大过程形成了有效的约束，析出的小尺寸组织粗化受到约束从而延长服役寿命。役寿命。役寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种镍铁基合金的热处理方法


[0001]本专利技术属于合金材料热处理
，具体涉及一种镍铁基合金的热处理方法。

技术介绍

[0002]由于独特的资源结构，预计在未来的很长一段时间内，煤炭发电都将在电力供应中占据主导地位。面对日益严苛的节能减排需求，提升超超临界高参数火电机组参数是现阶段的主要发展方向，其意味着燃料成本的降低和二氧化碳排放量的减少。提升火电机组参数相应的对机组的服役材料提出了更高的性能要求，尤其是针对高参数机组过/再热器管，其要求在服役期间将承受高温蠕变、热疲劳、氧化及高温烟气腐蚀等多重因素的影响。因此，开发出可以满足高参数机组过/再热器管使用性能需求的高温合金材料已成为火力发电行业亟待解决的课题。
[0003]例如，现有专利文献公开了一种同时提高镍铁基合金强塑性的热处理方法，通过高温
‑
低温特殊炉双时效工艺，合金固溶处理后先在较高温度时效获得粗大γ
′
相，然后在较低温度时效获得细小γ
′
相，在镍铁基合金中获得双峰尺度的γ
′
析出相，实现合金多尺度组织设计。与其它技术相比具有以下特点：(1)相较于单一温度热处理获得尺寸组织，双步热处理后组织包含两种尺寸的析出相，此处称为多尺度组织。(2)相较于传统热处理工艺强度塑性存在此消彼长的关系，该技术可同时提升合金强度和塑性，在塑性小幅提升的前提下，其强度明显提升。
[0004]但是，在经过上述热处理之后，镍铁基合金的强度直接达到峰值，塑性提升有限，导致材料在后续的加工使用过程中不容易弯管和焊接，增加了后期使用过程的操作难度。另外，还需借助特定的设备进行处理，不利于工艺的推广应用。

技术实现思路

[0005]因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中的镍铁合金由于强度在热处理后直接达到峰值、塑性差，导致在后期使用过程的操作难度较大，以及需要借助特殊的设备等缺陷，从而提供一种既可以满足高参数机组过/再热器管使用性能需求，同时后期加工操作又比较容易的镍铁基合金的热处理方法。
[0006]为此，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]本专利技术提供一种镍铁基合金的热处理方法，包括如下步骤：
[0008]S1，将镍铁基合金在低于其液相线温度170
‑
270℃的温度范围内进行保温，水淬；
[0009]S2，在镍铁基合金结晶温度以下、析出相γ
′
相析出温度以上的温度范围内进行固溶处理，水淬；
[0010]S3，在低于镍铁基合金析出相γ
′
相析出温度60
‑
110℃的温度范围内进行时效处理，水淬。
[0011]可选地，步骤S1中的保温时间为20
‑
50min。
[0012]可选地，步骤S2中的固溶处理时间为40
‑
60min。
[0013]可选地，步骤S3中的时效处理时间为30
‑
60min。
[0014]可选地，各步骤的升温速度均为2
‑
10℃/min。
[0015]可选地，以质量百分比计，镍铁基合金的组成为：Fe：20％
‑
30％，Cr：19％
‑
25％，Al:0.5％
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2.5％，Ti:1.0％
‑
2.5％，Nb:≤2％，Mo:≤2％，W:≤2％，Ta:≤1％，Si:≤0.5％，Mn:≤1.0％，Cu:≤0.5％，C:≤0.05％，B:≤0.01％，Zr:≤0.03％，其余为Ni。
[0016]可选地，所述镍铁基合金液相线温度、再结晶温度及析出相γ
′
相析出温度由实验方法或热力学计算软件获得。
[0017]可选地，所述镍铁基合金经过热处理后的抗拉强度不低于1000MPa。
[0018]可选地，所述镍铁基合金经过热处理后的晶粒度为3
‑
5级。
[0019]所述镍铁基合金液相线温度、再结晶温度及析出相γ
′
相析出温度由实验方法或热力学计算软件获得，例如，实验采用差示扫描量热法(DSC)进行测量，计算方法可以为采用热力学软件计算相图获得。
[0020]在不考虑加工性能的时候，本专利技术中的短期服役过程可以作为单独的一步热处理，在步骤S3之后进行。热处理温度为材料的使用温度，典型非限定性的，可以在700℃下保温8
‑
16h，水淬。
[0021]本专利技术技术方案，具有如下优点：
[0022]1.本专利技术提供的镍铁基合金的热处理方法，可同时提升镍铁基合金的供货态许用应力(或抗拉强度)，同时并未达到峰值时效强度，方便进一步机加工、变形，最后服役过程中短期运行后又可保证使用过程有较高的强度和塑性。具体地，本专利技术通过两步固溶+一步时效处理，且每个步骤后进行水淬处理，使镍铁基合金经过三次升温
‑
降温的过程，短期服役后，能够在镍铁基合金中引入多尺度组织(大尺寸与小尺寸组织混合)，使得镍铁基合金的抗拉强度和塑性明显提升，从而满足过热器和再热器对管材的性能需求；并且，经过本专利技术热处理后的镍铁基合金的抗拉强度并没有达到峰值，方便其后续进一步变形、加工，大大降低了后期的操作难度；同时，热处理后的镍铁基合金在后期服役过程中短时间使用即可进一步析出大量细小的组织，并且由于大小尺度组织间存在明显的应变梯度使得合金强塑性有着显著的提升，同时由于大尺度组织的析出在其周围形成了成分场与应力场对后续析出的细小组织长大过程形成了有效的约束，析出的小尺寸组织粗化受到约束从而延长服役寿命。
[0023]现有技术中也有通过热处理使合金处于欠时效状态，在进一步高温服役过程中析出相进一步析出使合金具有更高的强度进而保证安全服役，但在使用初期合金处于欠时效状态，距离峰值时效仍有较长的时间，导致服役初期存在强度过低的问题，给服役初期带来了一定的安全隐患，如使用经过较长的时间时效到达或接近峰值时效的材料则极大的缩减了服役寿命，大大的增加了电厂设备的更换周期和经营成本；另外也没有充分挖掘合金的潜力。与现有技术相比，本专利技术能够实现同时提高设计强度与服役过程安全使用强度，延长或保证材料服役寿命，实现组织结构演化与服役时间协同效应。
[0024]另外，本专利技术合金具有优良的室温力学性能，具有工艺及热处理设备简单，无需特殊设备，利用已有热处理设备即可实现大规模生产，同时使用热处理工艺如淬火等加工单位操作经验丰富，便于操作。基于上述特性，使得本专利技术合金在生产锻件、管件以及紧固件中具有很大的竞争优势。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1是本专利技术实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镍铁基合金的热处理方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，将镍铁基合金在低于其液相线温度170
‑
270℃的温度范围内进行保温，水淬；S2，在镍铁基合金结晶温度以下、析出相γ
′
相析出温度以上的温度范围内进行固溶处理，水淬；S3，在低于镍铁基合金析出相γ
′
相析出温度60
‑
110℃的温度范围内进行时效处理，水淬。2.根据权利要求1所述的镍铁基合金的热处理方法，其特征在于，步骤S1中的保温时间为20
‑
50min。3.根据权利要求1所述的镍铁基合金的热处理方法，其特征在于，步骤S2中的固溶处理时间为40
‑
60min。4.根据权利要求1所述的镍铁基合金的热处理方法，其特征在于，步骤S3中的时效处理时间为30
‑
60min。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的镍铁基合金的热处理方法，其特征在于，各步骤的升温速度均为2
‑
10...

【专利技术属性】
技术研发人员：李沛，周永莉，刘鹏，黄锦阳，李力敏，陈碧强，袁勇，鲁金涛，严靖博，杨珍，党莹樱，尹宏飞，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：