700℃超超临界锅炉材料617B合金铸态组织及均匀化工艺

　随着能源和环境问题日渐严重，提高火力发电机组热效率，降低CO2排放量的要求日益迫切。部分国家已经把21世纪的蒸汽参数目标制定为700℃以上，从而使热效率突破50%，新一代的超超临界电站需在700～720℃/393Pa的条件下服役，传统的铁素体钢无法满足如此严苛的条件。镍基高温合金因具有更长的蠕变疲劳周期和更好的耐蚀能力，有望取代传统的铁素体不锈钢成为新一代超超临界电站候选材料。

　　617B是617合金的硼改进型，是发展前景较好的镍基高温合金之一。本项目对经过双联工艺冶炼得到的617B合金电渣锭进行研究，分析其组织特点、析出相和元素偏析情况；根据残余偏析指数模型计算提出该合金的均匀化工艺，结合均匀后的组织分析和热模拟压缩试验最终确定了617B合金的均匀化制度。

　　实验用617B合金采用真空感应熔炼（VIM）和保护气氛电渣重熔（ESR）的双联工艺冶炼，合金成分如表1所示。从Φ337mm的电渣锭头部切取25mm厚的圆片进行均匀化实验研究。原始铸态组织观察按照电渣锭心部、1/2半径位置（1/2R）和边缘分别进行。规格为15mm×10mm×9mm的方形试样用金相砂纸逐级打磨至2000#后抛光，使用170mLH3PO4＋10mLH2SO4＋15gCrO3混合溶液电解侵蚀，通过光学显微镜和扫描电子显微镜（SEM）观察其组织，测量枝晶间距；利用能谱仪分析微区成分，并对析出相进行鉴定。所有测量过程均采用10个样本采样并取平均值作为最终结果。对电渣锭不同部位的小试样在箱式电阻炉内进行均匀化热处理实验，均匀化温度为1150、1170、1190和1210℃，保温时间为8h和48h，均匀化处理后进行组织观察、成分和析出相分析。

　　表1  617B合金化学成分（质量分数%）

　　将1210℃/48h均匀化后的合金加工成Φ8mm×12mm的圆柱试样，在Gleeble1500试验机上进行等温压缩以检验均匀化效果，变形温度分别为1100、1130、1160和1190℃，应变速率为0.1s-1，压缩量设定为30%以模拟开坯镦粗过程。

　　结果表明：经双联工艺生产的617B合金电渣锭中存在枝晶和元素偏析，其中Mo和Ti是主要的偏析元素；电渣锭组织的晶内存在较多的块状碳化物，表现为多种碳化物共生长。经过1210℃保温48h均匀化处理后，枝晶和元素偏析基本消除，晶内的块状碳化物部分溶解，且均匀化后的合金表现出良好的塑性。