時(shí)效強(qiáng)化型Fe-Ni-Cr基高溫耐蝕合金冶煉工藝及熱處理研究

由于Fe-Ni-Cr合金具有高強(qiáng)韌、耐高溫和耐腐蝕等優(yōu)良的綜合性能，受到國(guó)內(nèi)外冶金領(lǐng)域?qū)＜业膹V泛關(guān)注。國(guó)外同類合金中具有代表性的有Incoloy925、Incoloy901、Incoloy825等合金。Ni、Cr、Mo、Cu的合理搭配使合金具有良好的抗應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂（SCC）性能，少量的Nb、Ti、Al等強(qiáng)化元素，結(jié)合時(shí)效強(qiáng)化熱處理可以獲得優(yōu)良的綜合性能，在對(duì)高強(qiáng)度、耐高溫、高耐蝕材料要求的石油、化工、海洋、能源等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。

Fe-Ni-Cr基合金具有良好的韌性，然而其強(qiáng)度比已經(jīng)廣泛應(yīng)用的Inconel718鎳基合金低約275MPa，較低的強(qiáng)度限制了它的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。因此，如何在不降低其韌性的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高合金的強(qiáng)度就成為了國(guó)內(nèi)外研究的重點(diǎn)。目前，提高合金強(qiáng)度的相關(guān)研究鮮見(jiàn)報(bào)道?？蒲腥藛T選取Fe-Ni-Cr基高溫耐蝕合金作為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)合金冶煉、鍛造和熱處理工藝的研究，為該合金的制備及產(chǎn)業(yè)化提供技術(shù)參考。

合金化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）為：Ni42.00～46.00，Cr19.50～22.50，Mo2.50～3.50，F(xiàn)e≥22.00，Cu1.50～3.00，Mn1.00（max.），Ti1.90～2.40，Al0.10～0.50，V0.10～0.12，Si0.50（max.），C0.03（max.），Nb0.50（max.）。冶煉工藝采用真空感應(yīng)熔煉+電渣重熔（VIM+ESR）雙聯(lián)工藝，獲得約Φ200mm鑄錠。鍛造比控制在4∶1以上，在水中快速冷卻，得到約Φ100mm的實(shí)驗(yàn)棒。熱處理為固溶+時(shí)效二級(jí)熱處理。固溶溫度選取960、990、1020、1050、1080、1110℃6個(gè)溫度點(diǎn)，保溫2h；時(shí)效熱處理溫度從660～880℃，每間隔20℃。試驗(yàn)結(jié)果如下：

（1）Fe-Ni-Cr合金經(jīng)VIM+ESR雙聯(lián)冶煉工藝，可以有效控制基體和微量元素成分，ESR工藝可以進(jìn)一步去除合金中的有害元素，經(jīng)鍛造和固溶時(shí)效處理合金純凈度和力學(xué)性能達(dá)到國(guó)際Incoloy925水平。

（2）Fe-Ni-Cr合金經(jīng)1150～1160℃高溫?cái)U(kuò)散退火、1100℃開(kāi)坯、1050～950℃等溫旋轉(zhuǎn)鍛造，水中快速冷卻，可以獲得均勻細(xì)小亞穩(wěn)態(tài)純凈組織，有效控制了有害相的析出。

（3）Fe-Ni-Cr合金經(jīng)980～1000℃×2h固溶，730～760℃×8h時(shí)效強(qiáng)化，合金拉伸強(qiáng)度最高達(dá)到1100MPa，屈服強(qiáng)度極值達(dá)到880MPa，－59℃低溫沖擊功達(dá)到150J，具有最佳的綜合力學(xué)性能。

（4）時(shí)效溫度在660～760℃之間，合金強(qiáng)化主要以γ'、γ″和彌散碳化物析出相為主。在780～860℃有大量聚集分布的碳化物和沿晶界連續(xù)分布的針片狀σ相析出，造成合金沖擊韌性的急劇下降。