长期时效对Haynes282耐热合金组织和力学性能的影响

  为提高燃煤电厂的热效率,降低环境污染和提高资源利用率,发展超超临界电站成为行之有效的措施之一。燃煤电厂热效率的提高主要是通过提高蒸汽参数,即蒸汽温度和压力。而蒸汽参数的提升对材料的高温持久性能提出了更高的要求。当蒸汽温度达700℃或更高时,传统的铁素体钢和新型奥氏体钢已不能满足使用要求,必须采用镍基耐热合金。

  Haynes282合金是一种时效强化型镍基耐热合金,该合金具有较高的高温蠕变强度、应变时效断裂强度和较好的热稳定性而被选为700℃先进超超临界机组候选材料之一。目前,国外的报道多集中在对其抗蒸汽氧化性、焊接性以及疲劳性能等方面的研究上,对合金时效过程中组织演变及力学性能的变化研究和报道较少。科研人员研究了282合金在700℃下长期时效过程中的组织和力学性能变化,并分析了组织变化对力学性能的影响。

  试验材料采用25kg真空冶炼法,均匀化退火后,锻造成Φ16mm的圆棒。试验材料经标准热处理(1120℃×2h,空冷+1010℃×2h空冷和788℃×8h,空冷)后,在700℃下分别进行100、300、1000、3000h时效处理。

  时效后的金相试样经打磨、抛光后,用60%HNO3水溶液电解,随后进行微观组织观察并结合能谱分析确定析出相元素分布情况。观察析出相形貌并确定析出相种类,测量硬度值,并测试合金室温冲击吸收能量。最后对时效试样进行微细相分析,将试样进行电解萃取,逐一分离出不同的析出相,进行XRD分析和化学定量分析。试验结果如下:

  (1)随时效时间的延长,Haynes282合金晶界M23C6型碳化物和晶内MC型碳化物发生长大。γ'相随时效时间的延长,长大缓慢,3000h时效后仍呈球形,细小弥散地分布在基体中。

  (2)标准热处理态的合金冲击吸收能量为20.5J,随时效时间的延长,冲击吸收能量迅速下降,300~3000h之间,合金冲击吸收能量保持在10J左右。晶界处连续分布的M23C6型碳化物是造成282合金冲击吸收能量较低的重要原因。增加时效时间,晶界碳化物粗化长大,导致282合金冲击吸收能量逐渐降低。

  (3)282合金硬度随时效时间的延长而增加。标准热处理后,合金的硬度值较低,时效100h后,硬度值从标准热处理态的272HBS显著上升到342HBS,时效300~3000h硬度值有所增长,但趋势缓慢。因为标准热处理态γ'相含量较低,合金硬度较低,长期时效后,γ'相含量增大且颗粒长大较明显,故使合金硬度增大。