熔炼工艺对GH690-Re组织和成分的影响

2024-09-19

熔炼工艺对GH690-Re组织和成分的影响（共2篇）

熔炼工艺对GH690-Re组织和成分的影响篇1

GH690合金是一种镍基固溶强化变形合金。该合金抗多种水性介质和高温气氛侵蚀，具有较高的强度，良好的冶金稳定性和优良的热加工特性，在航天、航海、核工业等领域有着广泛的应用前景。GH690合金被广泛应用于第三代核电站反应堆中二回路介质的核心部件—核电蒸发器传热管。

钢铁科研人员以添加混合稀土La和Ce的GH690合金为研究对象，探讨真空感应熔炼（VIM）和电渣重熔（ESR）双联熔炼法对合金成分和组织的影响。通过对铸锭的成分和组织进行分析，探讨两种不同熔炼工艺下合金成分差异和组织特征，对合金中杂质元素的去除、组织的控制和加工性能的提高具有重要意义。为达到高温合金对S、P、H2、O2等杂质元素控制的要求，所选用的熔炼原料

Ni的纯度为99.2%，Cr的纯度为99.5%，Fe的纯度为99.6%。添加的稀土为混合稀土（34.7%La＋65.3%Ce）。按照合金成分要求配好料之后，在烤箱中焙干备用。真空熔炼工艺流程如下：清洗炉膛，然后装炉。将烘烤干的炉料放入两个金属铸模中，抽真空。随后通入氩气清洗炉膛气氛。打开水冷系统，充入适量的氩气。待真空度维持在2Pa左右时，开始升温。在1h之内，温度升至1530℃并恒温80min。出炉空冷至室温，去除模具。

电渣重熔实验使用国产38kg电渣炉，工作电压45～50V，工作电流2400～2800A。电渣重熔具体熔炼工艺如下：先焊接电极，安装电极，紧接着倒入熔渣。加载合适电压和电流熔炼即可。试验结果如下：

（1）真空感应熔炼GH690-Re合金的显微组织为粗大的枝晶，晶界处有大量Cr23C6析出物。经电渣重熔后显微组织为细短枝晶，晶界处无明显析出物，且晶

粒细化。

（2）真空感应熔炼后，Ni含量从60.39%上升至61.65%；Cr含量从29.61%下降至29.03%；Fe含量从8.00%上升至8.70%；C含量从30ppm降低至21ppm；S含量基本上维持不变；P从0.005%上升至0.011%；没有检测到Cu的存在。电渣重熔后，Ni含量从61.65%上升至62.55%；Cr含量从29.03%上升至29.10%；Fe含量从8.70%下降至7.76%；C含量从0.021%下降至0.012%，基本上达到了脱碳的效果；S含量基本上维持不变；P含量从11ppm下降至8ppm；真空熔炼引入的Al杂质明显减少。

（3）真空感应熔炼，再经电渣重熔后，表层晶粒细化，组织为等轴奥氏体晶粒，心部为细短枝晶，晶界处无明显析出物，合金成分被优化，基本达到脱碳

效果，热加工性能得到改善。

熔炼工艺对GH690-Re组织和成分的影响篇2

关键词：材料成分；热处理；钢组织与性能

钢材在工业发展过程中有着非常重要的作用，是最重要的合金结构材料。在实际使用和生产的过程当中，人们对钢材材料提出了不同的性能要求。所以，为了满足这些性能要求，单纯的通过合理选用材料就想达到这些要求是不可能的，还要进行必要的热处理，才能使钢材发挥出应有的性能。

本文主要选取45钢、T8钢及40CrNi钢作为分析对象。

1.材料成分对钢组织与性能的影响

表一是45钢、T8钢及40CrNi钢的化学成分表：

表1 三种钢的化学成分

C含量Si含量Mn含量Cr含量

45钢0.42～0.50%0.17～0.37%0.50%～0.80%≤0.25%

T80.75～0.84%≤0.35%≤0.40%

40CrNi0.37～0.44%0.17～0.37%0.50～0.80%0.45～0.75%

Ni含量S含量P含量Cu含量

45钢≤0.30% ≤0.25%

T8 ≤0.030%≤0.035%

40CrNi1.00～1.40%

化学成分对组织与性能的一个方面影响使得热处理后的残余奥氏体的含量不同，从而力学性能上也体现出较大的差异。从材料学的角度来看可以通过热处理工艺的调整来达到所要求的机械性能，但是从检验的角度来看，热处理工艺几乎没有调整的空间，所以化学成分的控制十分关键。但由于目前没有条件对残余奥氏体的含量作出定量分析，所以没有得出其与力学性能的准确的对应关系。但是可以知道的是，通过化学成分的精确控制可以减少δ-铁素体的含量和得到适当的残余奥氏体的含量，得到所要求的机械性能。

2.热处理工艺对钢组织与性能的影响

表2是三种钢材的临界点温度，表三是空气炉和盐浴炉内加热系数，表4是加热系数的确定：

表2 三种钢的临界点温度

钢号临界点/℃

45钢72468278075133050

T8730700——230-55

40CrNi731660769702243—

表3 空气炉和盐浴炉内加热系数

炉型钢种温度/℃不同温度的加热系数（min/mm）

500～600700～900500～600→700～900

空气炉碳结钢1.2510.7～0.8

碳工钢1.81.40.7～0.8

合结钢1.61.41.0～1.2

合工钢21.41.0～1.2

盐浴炉碳结钢 0.350.15

合结钢 0.350.15

表4加热系数的确定

工件形状相对尺寸经验式

圆柱体

空心圆柱体

三菱柱

四棱柱

六棱柱

立方体A=B=C 1.4

表4中H是高度，D和d分别是外径和内径，A，B，C为立方体的边长

是加热时间，min H是有效厚度或直径，mm 是加热系数。

2.1三种钢在退火、正火、淬火和不同温度回火后的力学性能

退火是将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却（通常是缓慢冷却，有时是控制冷却）的一种金属热处理工艺。

正火又称常化，是将工件加热至Ac3或Accm以上30～50℃，保温一段时间后，从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却的金属热处理工艺。

回火是工件淬硬后加热到AC1以下的某一温度，保温一定时，然后冷却到室温的热处理工艺。

淬火是将钢加热到临界温度Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上某一温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体化，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等温），进行马氏体（或贝氏体），转变的热处理工艺。

以45钢在在退火、正火、淬火和不同温度回火后的力学性能为例：

退火：抗拉强度： ≥600 （MPa）屈服强度： ≥355 （MPa）

延长率： ≥16% 断面收缩率： ≥40%

布氏硬度： ≤197

正火：强度较高，塑性和韧性尚好

淬火：水淬时有形成裂纹的倾向，形状复杂的零件应在热水或油中淬火。焊接性差。

表5三种钢不同热处理工艺后的硬度（HRC）

退火淬火

钢号温度冷却阶段硬度

T8≤187800水—油碱62-64

45钢≤197840水—碱58-59

40CrNi≤840油>53

回火

钢号200℃300℃400℃500℃600℃

T858.856.84536.925.5

45钢53.449.139.631.121.5

40CrNi46.746.340.136.629.4

2.2 T8回火索氏体的热处理工艺

2.2.1 回火索氏体的定义及组织特征

回火索氏体是马氏体于高温回火（500℃—600℃）时形成的，在光学金相显微镜下放大500～600倍以上才能分辨出来，其为铁素体基体内分布着碳化物（包括渗碳体）球粒的复合组织。其特征是已经聚集长大了的渗碳体颗粒均匀分布在铁素体基体上，回火索氏体中的铁素体已不呈针状形态而呈等轴状。它也是马氏体的一种回火组织，是铁素体与粒状碳化物的混合物。此时的铁素体已基本无碳的过饱和度，碳化物也为稳定型碳化物。常温下是一种平衡组织。回火索氏体具有强度、韧性和塑性较好的综合机械性能。

2.2.2 T8回火索氏体的热处理方案

T8回火索氏体：

淬火：加热温度：800～820?C

介质：锭子油或变压器油，冷却到20～40?C，硬度60～68HRC；

温度硬度

500℃35HRC

550℃31HRC

回火：

2.2.3 T8回火索氏体的热处理方案的解释

T8是碳素工具钢，碳含量在0.8%左右，其淬火温度一般在800度，盐水冷却；

T8一般的介质为介质：锭子油或变压器油；

对于淬火温度，由于T8钢经正常淬火后组织是：马氏体+残余奥氏体+碳化物。