一种消除R26高温合金螺栓带状组织的热处理工艺

技术领域

本发明涉及合金热处理技术领域，尤其涉及一种消除R26高温合金螺栓带状组织的热处理工艺。

背景技术

近年来，随着节能减排要求的逐步提高，火力发电厂正朝着大容量和高参数方向发展，600MW以上超(超)临界机组因其具有煤耗低、污染排放少等优点，已逐步成为我国电力行业的主流机组。Refractaloy26合金(简称R26合金，又称R26高温合金)，属于Ni-Cr-Co-Fe系沉淀硬化高温合金，熔点为1360℃，由于该合金含有较高含量的Ni、Co、Cr、Mo合金元素，所以在680℃下具有优良的高温性能，尤其是抗应力松弛性能和抗蠕变性能。目前，600MW以上超(超)临界机组主汽门、高调门和导汽管法兰广泛采用R26高温合金制成的螺栓进行连接，但是历次检修过程中经常发现螺栓金相组织中合金相和碳化物均呈带状分布或者沿奥氏体晶界分布(带状组织)，使螺栓固溶强化和弥散强化效果减弱，同时合金相在晶界分布或者呈带状分布，割裂了基体，破坏了材料内部的均匀连续性，容易导致螺栓性能及服役寿命降低，对设备安全运行构成安全隐患。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种消除R26高温合金螺栓带状组织的热处理工艺，针对性的消除了材料中的带状组织，有效改善材料的性能及提高材料的服役寿命。

本发明提出的一种消除R26高温合金螺栓带状组织的热处理工艺，包括以下步骤：

S1、固溶处理：将试样升温至980-1050℃，保温10-20min，油冷至室温；

S2、中间处理：将经固溶处理后的试样升温至800-830℃，保温5-7h；

S3、时效处理：将经中间处理后的试样以5-10℃/min的降温速率炉冷至710-750℃，保温3-5h，空冷至室温。

优选地，S1中，升温速率≤5℃/min。

优选地，S1中，将试样以5℃/min的升温速率升温至1030℃，保温15min，然后置于机油中油冷至室温。

优选地，S1中，试样为带有带状组织的R26高温合金螺栓。

优选地，S1中，选取600MW超临界机组主汽门服役后带有带状组织的R26高温合金螺栓作为试样。

优选地，S2中，升温速率≤5℃/min。

优选地，S2中，将经固溶处理后的试样以5℃/min的升温速率升温至815℃，保温6h。

优选地，S3中，将经中间处理后的试样以10℃/min的降温速率炉冷至730℃，保温4h，空冷至室温。

本发明中通过优化固溶处理工艺，一方面溶解试样中主要强化相γ'相，减少不合理分布在晶界上的二次碳化物和硼化物，为后续的时效处理中析出细小弥散的强化相打下了基础；另一方面改善试样中强化相分布不均的情况，从而改善试样的力学性能；另外还使试样形成过饱和固溶体，改善由于冷热加工产生的应力，使试样再结晶，从而保证R26高温合金螺栓的高温抗蠕变性能。通过优化中间处理工艺，在晶界处析出弥散分布的碳化物或者其他的相，起到了钉扎的作用，有效提升晶界的强度。再通过优化时效处理工艺，一方面增加强化相的数目，使试样中析出更多弥散细小的γ'相或者γ”相，达到强化试样的目的；另一方面时效处理的温度稍高于R26高温合金螺栓的服役温度，以保证在服役的过程中R26高温合金螺栓中γ'相的尺寸和数目在一个稳定值时，组织保持稳定的状态，有利于R26高温合金螺栓在服役过程中的寿命与性能。本发明操作简单，通过优化热处理工艺，针对性的消除了R26高温合金螺栓的带状组织，有效改善材料的性能及提高材料的服役寿命。其中，在保持R26高温合金抗拉强度稍有下降(但仍大大高于标准要求)的情况下，实现其塑性和冲击韧性的较大幅度提升，其屈服强度提高1-4.6％，延伸率(塑性指标)提高7.1-12.7％，冲击功提高23.7-26.1％，有利于提高R26高温合金高温持久强度和高温韧性，延长螺栓的服役寿命。

附图说明

图1为未做热处理的原试样200倍下的微观组织图；

图2为未做热处理的原试样500倍下的微观组织图；

图3为本发明实施例1中试样经热处理后100倍下的微观组织图；

图4为本发明实施例1中试样经热处理后500倍下的微观组织图；

图5为本发明对比例1中试样经热处理后100倍下的微观组织图；

图6为本发明对比例1中试样经热处理后500倍下的微观组织图；

图7为本发明对比例2中试样经热处理后100倍下的微观组织图；

图8为本发明对比例2中试样经热处理后400倍下的微观组织图。

具体实施方式

下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。

实施例1

本发明提出的一种消除R26高温合金螺栓带状组织的热处理工艺，包括以下步骤：

S1、固溶处理：选取600MW超临界机组主汽门服役后带有带状组织的R26高温合金螺栓，从R26高温合金螺栓轴向切取作为试样，将试样放入KSL-1100X箱式电阻炉中加热，升温速率为5℃/min，随炉升温，升温至1030℃，保温15min，然后取出试样置于机油中冷却至室温；

S2、中间处理：将经固溶处理后的试样放入KSL-1100X箱式电阻炉中，升温速率为5℃/min，升温至815℃，保温6h；

S3、时效处理：将经中间处理后的试样以10℃/min的降温速率炉冷至730℃，保温4h，然后空冷至室温。

实施例2

本发明提出的一种消除R26高温合金螺栓带状组织的热处理工艺，包括以下步骤：

S1、固溶处理：将试样以1℃/min的升温速率升温至980℃，保温20min，油冷至室温；

S2、中间处理：将经固溶处理后的试样以4℃/min的升温速率升温至830℃，保温5h；

S3、时效处理：将经中间处理后的试样以5℃/min的降温速率炉冷至710℃，保温5h，空冷至室温。

实施例3

本发明提出的一种消除R26高温合金螺栓带状组织的热处理工艺，包括以下步骤：

S1、固溶处理：将带有带状组织的R26高温合金螺栓以4℃/min的升温速率升温至1050℃，保温10min，油冷至室温；

S2、中间处理：将经固溶处理后的试样以1℃/min的升温速率升温至800℃，保温7h；

S3、时效处理：将经中间处理后的试样以8℃/min的降温速率炉冷至750℃，保温3h，空冷至室温。

实施例4

本发明提出的一种消除R26高温合金螺栓带状组织的热处理工艺，包括以下步骤：

S1、固溶处理：选取600MW超临界机组主汽门服役后带有带状组织的R26高温合金螺栓作为试样，以2.5℃/min的升温速率升温至1000℃，保温12min，油冷至室温；

S2、中间处理：将经固溶处理后的试样以2.5℃/min的升温速率升温至810℃，保温5.5h；

S3、时效处理：将经中间处理后的试样以6℃/min的降温速率炉冷至720℃，保温4.5h，空冷至室温。

实施例5

本发明提出的一种消除R26高温合金螺栓带状组织的热处理工艺，包括以下步骤：

S1、固溶处理：选取600MW超临界机组主汽门服役后带有带状组织的R26高温合金螺栓作为试样，以0.5℃/min的升温速率升温至985℃，保温18min，油冷至室温；

S2、中间处理：将经固溶处理后的试样以0.5℃/min的升温速率升温至805℃，保温5.5h；

S3、时效处理：将经中间处理后的试样以9℃/min的降温速率炉冷至715℃，保温3.5h，空冷至室温。

对比例1

一种R26高温合金螺栓的热处理工艺，包括以下步骤：

S1、中间处理：选取600MW超临界机组主汽门服役后带有带状组织的R26高温合金螺栓，从R26高温合金螺栓轴向切取作为试样，将试样放进KSL-1100X箱式电阻炉加热，升温速率5℃/min，随炉升温，升温到815℃，保温6h；

S2、中间处理：将经中间处理后的试样以10℃/min的降温速率炉冷至730℃，保温4h，然后空冷至室温。

对比例2

一种R26高温合金螺栓的热处理工艺，包括以下步骤：选取600MW超临界机组主汽门服役后带有带状组织的R26高温合金螺栓，从R26高温合金螺栓轴向切取作为试样，将试样放进KSL-1100X箱式电阻炉加热，升温速率5℃/min，随炉升温，升温到730℃，保温4h，然后空冷至室温。

对未做热处理的原试样(即指选取600MW超临界机组主汽门服役后带有带状组织的R26高温合金螺栓，从R26高温合金螺栓轴向切取的试样)和采取实施例1、对比例1、对比例2中的热处理工艺得到的试样进行显微组织分析及力学性能试验，得到图1至图8以及表1：

由图1和图2可知，未做热处理的原试样其金相组织中合金相和碳化物均呈带状分布或者沿奥氏体晶界分布(带状组织)，且粗晶粒和细晶粒交替呈带状分布；

由图3和图4可知，采用本发明实施例1中热处理工艺后，试样中晶粒大小分布均匀，带状组织消失，晶界和晶内有细小弥散分布的第二相析出；

由图5和图6可知，采用本发明对比例1中热处理工艺后，试样中带状组织基本消失，部分晶内有细小弥散的第二相析出，部分晶界位置有合金相和碳化物分布；

由图7和图8可知，采用本发明对比例2中热处理工艺后，试样中仍存在少量带状组织，少量晶内有细小弥散的第二相析出，部分晶界位置有合金相和碳化物分布。

表1

由表1可知，采用实施例1中热处理工艺得到的试样相比于原试样，其抗拉强度略有降低，但仍明显高于标准要求，同时屈服强度提高，塑性(断后延伸率)和冲击功均有较大幅度提升，其中塑性指标(断后延伸率)提高12.7％，屈服强度提高4.6％，冲击功提高26.1％；同时通过表1可知，与采用对比例1和对比例2中热处理工艺相比，采用本发明实施例1中热处理工艺得到的试样其冲击功、屈服强度及延伸率提升更加明显，性能更加优异。

综上可知，采用本发明热处理工艺，能有效改善试样内部组织结构，针对性的消除了试样中的带状组织，试样中晶粒大小更加均匀，试样内部均匀连续性好，同时在保证试样抗拉强度的同时，其冲击功、屈服强度及延伸率提升明显，有助于延长试样的服役寿命，适于推广使用。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。