时效强化型Fe-Ni-Cr基高温耐蚀合金冶炼工艺及热处理研究

由于Fe-Ni-Cr合金具有高强韧、耐高温和耐腐蚀等优良的综合性能，受到国内外冶金领域专家的广泛关注。国外同类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应力腐蚀开裂（SCC）性能，少量的Nb、Ti、Al等强化元素，结合时效强化热处理可以获得优良的综合性能，在对高强度、耐高温、高耐蚀材料要求的石油、化工、海洋、能源等行业得到了广泛的应用。

Fe-Ni-Cr基合金具有良好的韧性，然而其强度比已经广泛应用的Inconel718镍基合金低约275MPa，较低的强度限制了它的进一步推广应用。因此，如何在不降低其韧性的基础上，进一步提高合金的强度就成为了国内外研究的重点。目前，提高合金强度的相关研究鲜见报道。科研人员选取Fe-Ni-Cr基高温耐蚀合金作为研究对象，通过对合金冶炼、锻造和热处理工艺的研究，为该合金的制备及产业化提供技术参考。

合金化学成分（质量分数，%）为：Ni42.00～46.00，Cr19.50～22.50，Mo2.50～3.50，Fe≥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.）。冶炼工艺采用真空感应熔炼+电渣重熔（VIM+ESR）双联工艺，获得约Φ200mm铸锭。锻造比控制在4∶1以上，在水中快速冷却，得到约Φ100mm的实验棒。热处理为固溶+时效二级热处理。固溶温度选取960、990、1020、1050、1080、1110℃6个温度点，保温2h；时效热处理温度从660～880℃，每间隔20℃。试验结果如下：

（1）Fe-Ni-Cr合金经VIM+ESR双联冶炼工艺，可以有效控制基体和微量元素成分，ESR工艺可以进一步去除合金中的有害元素，经锻造和固溶时效处理合金纯净度和力学性能达到国际Incoloy925水平。

（2）Fe-Ni-Cr合金经1150～1160℃高温扩散退火、1100℃开坯、1050～950℃等温旋转锻造，水中快速冷却，可以获得均匀细小亚稳态纯净组织，有效控制了有害相的析出。

（3）Fe-Ni-Cr合金经980～1000℃×2h固溶，730～760℃×8h时效强化，合金拉伸强度最高达到1100MPa，屈服强度极值达到880MPa，－59℃低温冲击功达到150J，具有最佳的综合力学性能。

（4）时效温度在660～760℃之间，合金强化主要以γ'、γ″和弥散碳化物析出相为主。在780～860℃有大量聚集分布的碳化物和沿晶界连续分布的针片状σ相析出，造成合金冲击韧性的急剧下降。