GH4145簡(jiǎn)介：GH4145合金主要用于γ"[Ni3(Al、Ti、Nb)]時(shí)效強(qiáng)化的鎳基高溫合金在980℃具有良好的耐腐蝕性和耐氧化性，800℃強(qiáng)度高，540℃以下耐松弛性好，成形焊接性好。該合金主要用于800發(fā)動(dòng)機(jī)的制造℃平面彈簧和螺旋彈簧需要高強(qiáng)度。也可用于制造氣輪機(jī)渦輪葉片等部件。 材料牌號(hào) GH4145（GH145） 相近牌號(hào) Inconel X-750(美國(guó)）,NiCr15Fe7TiAl(德國(guó)),NC15FeTNbA(法國(guó)),NCF750（日本） GH4145化學(xué)成分： 金相組織結(jié)構(gòu)： 合金標(biāo)準(zhǔn)熱處理狀態(tài)的組織由γ基體、Ti(C、N)、Nb(C、N)、M23C6碳化物和γ'[Ni3(Al、Ti、Nb)]相組成，γ含量約為14.5%，是合金的主要強(qiáng)化階段。 工藝性能及要求 1.合金鍛造溫度為1220~950℃兩者都容易形成。 工藝性能及要求 1.合金鍛造溫度為1220~950℃兩者都很容易形成。該合金在劇烈成過(guò)程后固溶。 2.該合金的平均晶粒尺寸與鍛件的變形程度和最終鍛件溫度密切相關(guān)。 3.合金焊接性能好，可進(jìn)行各種焊接。焊接后的時(shí)效處理可獲得近似完全熱處理狀態(tài)的強(qiáng)度。 4.零件熱處理在無(wú)硫的中性或還原氣氛中進(jìn)行，避免硫化。 熱處理制度 固溶熱處理系統(tǒng)980℃±15℃，空冷。材料和零件的中間熱處理系統(tǒng)可分別選擇以下工藝進(jìn)行熱處理。 退火：955～1010℃，水冷。 焊接前退火：980℃，1h。 焊接件消除應(yīng)力退火：9000℃,保濕2h。 消除應(yīng)力退火：885℃±15℃，24h,空冷。 合金采用電弧爐加真空自耗重熔、真空感應(yīng)加電渣、電渣加真空自耗重熔或真空感應(yīng)加真空自耗重熔。 應(yīng)用概況及特殊要求 該合金主要用于制造540發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度℃平面波形彈簧、周向螺旋彈簧、螺旋壓力彈簧、彈簧卡簧、彈簧卡圈和密封圈。 恢復(fù)熱處理正確 GH4145/SQ 螺栓組織性能的影響 隨著超臨界（超臨界）機(jī)組數(shù)量的增加，汽輪機(jī)使用了大量具有良好高溫綜合性能的鎳基螺栓。 鎳基合金是高溫合金中應(yīng)用最廣泛、高溫強(qiáng)度最高的合金。該材料具有較高的蠕變和耐久性、較強(qiáng)的抗應(yīng)力松弛和抗氧化性。 高溫合金 GH4145/SQ即是 20 世紀(jì) 80 年中開(kāi)發(fā)的以 γ'[Ni3(Al，Ti，Nb)] 鎳基時(shí)效硬化合金[1]主要用于300 MW 或 600 MW 汽 輪機(jī)高中壓 內(nèi)缸法蘭螺 栓。 該材料螺栓高溫運(yùn)行后， 顯微組織和位錯(cuò)組態(tài)會(huì)發(fā)生變化，加強(qiáng)相沉淀，導(dǎo)致材料蠕變和持久性能下降。宏觀(guān)上，硬度指標(biāo)會(huì)增加，超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的硬度范圍必須提前退休。 否則會(huì)對(duì)機(jī)組的安全運(yùn)行構(gòu)成威脅，由于螺栓價(jià)格昂貴，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。 目前還沒(méi)有看到運(yùn)行后的硬運(yùn)行 度值超標(biāo)的GH4145/SQ 本文研究了材料螺栓恢復(fù)熱處理的研究，研究了運(yùn)行后硬度值超標(biāo)的恢復(fù)熱處理工藝GH4145/SQ 螺栓處理后對(duì)其組織和性能的影響。 本 文 以 某 電 廠(chǎng) 600 MW 亞 臨 界 機(jī) 組 材 質(zhì) 為GH4145/SQ 中壓主閥螺栓作為研究對(duì)象，在機(jī)組維程中經(jīng)過(guò)布氏硬度試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)有 31根(共 68 布氏硬度值大于根 DL/T439-2006 要求的上限 (331 HBW)。 運(yùn)行后的硬度值為 333 HBW 恢復(fù)熱處理的螺栓， 固溶是熱處理工藝 兩次時(shí)效， 固溶工藝為 1130 ℃，保溫 1 h，油冷； 首 時(shí)效溫度為 845 ℃、時(shí)效時(shí)間 24 h，第二次時(shí)效溫度707℃、時(shí)效時(shí)間 20 h，空冷。 1 化學(xué)成分分析 硬度值超標(biāo)的采用定量直讀光譜儀 GH4145/SQ 分析了螺栓材料的化學(xué)成分， 結(jié)果如表 1 所示。 可見(jiàn)其化學(xué)成分符合標(biāo)準(zhǔn) DL/T439-2006 對(duì)GH4145 的要求。 2 觀(guān)察顯微組織 恢復(fù)熱處理前后 GH4145/SQ 螺栓材料采用光學(xué)金相顯微鏡及掃描電鏡進(jìn)行觀(guān)察顯微組織，其組織均為孿晶奧氏體，晶界上分布有碳化物顆粒，分別如圖 1、2 所示。 GH4145/SQ 隨著固溶溫度的升高或運(yùn)行中高溫的影響，屬于疲勞循環(huán)硬化合金， 其合金晶粒呈生長(zhǎng)趨勢(shì)，過(guò)大的晶粒會(huì)顯著降低合金的塑韌性。隨著疲勞周期的增加，應(yīng)力呈上升趨勢(shì)。晶粒粗大，低周疲勞壽命短，即抗疲勞性能差。 從微組織照片可以看出，雖然熱處理前后的金相組織都是孿晶奧氏體， 但熱處理后的樣品晶粒度明顯細(xì)化。 熱處理前硬度值高的樣品晶粒相對(duì)較大，不僅減少了晶界面積，而且加劇了晶界碳化物的聚集，加劇了晶界脆化趨勢(shì)，塑韌性指標(biāo)值較低。 熱處理后螺栓塑韌性指標(biāo)的顯著改善部分得益于其晶粒在熱處理后的細(xì)化。 晶界碳化物同時(shí)影響高溫合金塑性[2]。 熱處理前螺栓晶界為連續(xù)網(wǎng)狀碳化物 M23C6和 M6C，這種分布很容易引起應(yīng)對(duì) 集中，可能 晶界早期斷裂。 晶界碳化物熱處理后的連續(xù)性降低， 從而提高合金的塑性和長(zhǎng)期使用的組織穩(wěn)定性。 3 恢復(fù)熱處理對(duì)機(jī)械性能的影響 常溫拉伸試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)、布氏硬度試驗(yàn)分別進(jìn)行，結(jié)果見(jiàn)表 2。 使用 HV-1000 型顯微硬度計(jì)對(duì)恢 對(duì)復(fù)熱前后的螺栓樣品進(jìn)行顯微硬度試驗(yàn)， 隨機(jī)取每個(gè)樣品 5 奧氏體基體的奧氏體基體，結(jié)果見(jiàn)表 3。 采用掃描電鏡觀(guān)察熱處理前后沖擊樣品斷口的微觀(guān)形，如圖所示 3 所示。 可以看出，熱處理前硬度值超標(biāo)螺栓的沖擊斷裂是典型的沿晶體斷裂，可以看出沿晶體，脆性斷裂特性明顯；熱處理后，螺栓沖擊斷裂中存在 與熱處理前相比，大量韌窩和撕裂棱具有明顯的韌性特征。從上述試驗(yàn)結(jié)果可以看出， 硬度值超標(biāo)GH4145/SQ雖然螺栓的常溫力學(xué)性能指標(biāo)合格，但其塑性指標(biāo)（斷后伸長(zhǎng)率和斷面收縮率）僅略高于標(biāo)準(zhǔn)要求的下限。 雖然標(biāo)準(zhǔn)對(duì)韌性指標(biāo)(沖擊吸收功)沒(méi)有具體要求，但試驗(yàn)結(jié)果表明其沖擊吸收功率低，螺栓韌性差。 可見(jiàn)，高溫運(yùn)行后硬度值升高 GH4145/SQ 螺栓材料的強(qiáng)度值增加，但其塑性和韌性指標(biāo)明顯惡化。 熱處理后，螺栓材料的硬度值降低到標(biāo)準(zhǔn)要求范圍，抗拉強(qiáng)度降低 屈服強(qiáng)度下降13% 27%的強(qiáng)度值仍高于標(biāo)準(zhǔn)要求的下限值； 斷裂伸長(zhǎng)率和斷面收縮率分別增加 42%、24%； 韌性指數(shù)(沖擊吸收功)增長(zhǎng) 68%。 可見(jiàn)，熱處理后螺栓材料的強(qiáng)度值在一定程度上降低， 與熱處理前相比，塑韌性指標(biāo)有了很大的提高。 4 分析及結(jié)語(yǔ) 火力發(fā)電廠(chǎng)汽輪機(jī)螺栓，特別是調(diào)速門(mén)和主門(mén)螺栓，在機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行中受蠕變、疲勞及其交互作用的影響。高溫螺栓的常見(jiàn)故障包括蠕變、脆性斷裂和疲勞。因此，高溫螺栓必須具有較高的蠕變強(qiáng)度、延展性、韌性和抗疲勞性。 超臨界機(jī)組 GH4145／SQ螺栓鋼應(yīng)注重塑性韌性。硬度值高的螺栓塑性韌性明顯降低，抗疲勞性差，易脆性斷裂，低周疲勞斷裂。 高硬度的主要原因如下： ①制作螺栓時(shí)， 冶煉鍛造及后續(xù)熱處理工藝控制不當(dāng)；②GH4145／SQ 螺栓機(jī)加工中鎳基合金硬化； ③安裝螺栓時(shí)預(yù)緊力過(guò)大，高溫運(yùn)行時(shí)螺栓蠕變變形，導(dǎo)致材料硬化[3]。 鑒于運(yùn)行后鎳基合金螺栓硬度值超標(biāo)， 本文采用的熱處理工藝對(duì)硬度值超標(biāo)螺栓進(jìn)行熱處理后， 硬度值降低到標(biāo)準(zhǔn)要求范圍， 強(qiáng)度值有一定程度的下降，其次是塑性和韌性的顯著提高，證明了這種熱處理工藝的有效性。