GH4145合金生产厂家GH4145高温合金钢
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GH4145简介：
GH4145合金主要是以γ"[Ni3(Al、Ti、Nb)]相进行时效强化的镍基高温合金，在980℃以下具有良好的耐腐蚀和耐氧化性能，800℃以下具有高的强度，540℃以下具有好的耐松弛性能，同时还具有良好的成形性能和焊接性能。该合金主要用于制造发动机在800℃以下工作并要求强度高的耐松弛的平面弹簧和螺旋弹簧。还可用于制造气轮机涡轮叶片等零件。
材料牌号
GH4145（GH145）
相近牌号
Inconel X-750(美国）,NiCr15Fe7TiAl(德国),NC15FeTNbA(法国),NCF750（日本）
GH4145化学成分：
金相组织结构:
合金标准热处理状态的组织由γ基体、Ti(C、N)、Nb(C、N)、M23C6碳化物和γ'[Ni3(Al、Ti、Nb)]相组成，γ'含量大约为14.5%，是合金的主要强化相。
工艺性能与要求
1.合金的锻造温度在1220～950℃之间均易成形。该合金在剧烈成形工序后就进行固溶处理。
2.该合金的晶粒度平均尺寸与锻件的变形程度、终锻温度密切相关。
3.合金具有好的焊接性能，可进行各种焊接。焊接后进行时效处理可获得近似完全热处理状态的强度。
4.零件热处理就在无硫的中性或还原性气氛中进行，以免发生硫化。
热处理制度
板、带、管材供应状态的固溶热处理制度980℃±15℃，空冷。材料及零件的中间热处理制度，可分别选择下列工艺进行热处理。
退火：955～1010℃，水冷。
焊接件焊接前退火：980℃，1h。
焊接件消除应力退火：900℃,保湿2h。
消除应力退火：885℃±15℃，24h,空冷。
合金采用电弧炉加真空自耗重熔、真空感应加电渣、电渣加真空自耗重熔或真空感应加真空自耗重熔。
应用概况与特殊要求
该合金主要用于制造发动机工作温度在540℃以下的耐腐蚀的平面波形弹簧、周向螺旋弹簧、螺旋压簧、弹簧卡圈和密封圈等零件。
恢复热处理对 GH4145/SQ 螺栓组织性能的影响
随着新建超临界(超超临界)机组的数量不断增加，汽轮机大量使用了具有较好高温综合性能的镍基螺栓。
镍基合金是高温合金中应用最广、高温强度最高的一类合金，此种材质具有很高的蠕变和持久性能、较强的抗应力松弛和抗氧化性能力。
高温合金 GH4145/SQ即是 20 世纪 80 年代中期开发的以 γ' [Ni3(Al，Ti，Nb)]
为主要强化相的镍基时效硬化型合金[1]，主要用于300 MW 或 600 MW 汽 轮机高中压 内缸法兰螺 栓。
此种材质螺栓经过高温运行后， 会发生显微组织及位错组态变化，强化相析出等，导致材料的蠕变和持久性能下降，在宏观上表现为硬度指标升高，超出标准规定的硬度范围必须提前退役， 否则将对机组安全运行造成威胁，由于此种螺栓价格昂贵，造成很大的经济损失。
目前尚未见对运行后硬 度值超标的GH4145/SQ 材质螺栓进行恢复热处理的研究，本文研究了一种恢复热处理工艺对运行后硬度值超标的GH4145/SQ 螺栓进行处理后其组织和性能的影响。
本 文 以 某 电 厂 600 MW 亚 临 界 机 组 材 质 为GH4145/SQ 的中压主汽门螺栓作为研究对象，该批螺栓在机组检修中经布氏硬度试验，发现其中有 31根(共 68 根)布氏硬度值大于 DL/T439-2006 要求的上限 (331 HBW)。
取运行后硬度值为 333 HBW 的螺栓对其进行恢复热处理， 热处理工艺为固溶 + 两次时效， 固溶工艺为 1130 ℃，保温 1 h，油冷； 首 次时效温度为 845 ℃、时效时间 24 h，第二次时效温度707℃、时效时间 20 h，空冷。
1 化学成分分析
采用定量直读光谱仪对硬度值超标的 GH4145/SQ 螺栓材料进行了化学成分分析， 结果如表 1 所示。 可看出，其化学成分符合标准 DL/T439-2006 对GH4145 的要求。
2 显微组织观察
对恢复热处理前后的 GH4145/SQ 螺栓材料采用光学金相显微镜及扫描电镜进行显微组织观察，其组织均为孪晶奥氏体，晶界上分布有碳化物颗粒，分别如图 1、2 所示。
GH4145/SQ 属于疲劳循环硬化型合金，随固溶温度的升高或者运行中的高温影响， 其合金晶粒呈长大趋势，过大的晶粒会明显降低合金的塑韧性。随疲劳循环周次的增加，应力呈上升趋势。在同等应变水平下，晶粒粗大，低周疲劳寿命短，即其抗疲劳性能差。
由微观组织照片可以看出，虽然热处理前后金相组织均为孪晶奥氏体， 但热处理后的试样其晶粒度明显较热处理前细化。
热处理前硬度值偏高的试样晶粒相对较大，不仅减小了晶界面积，更加剧了碳化物在晶界的聚集，使得晶界脆化倾向加剧，因此其塑韧性指标值较低。
而经过热处理后的螺栓其塑韧性指标的明显改善部分即得益于其晶粒在恢复热处理后得到了细化。
高温合金塑性同时受晶界碳化物影响[2]。
热处理前螺栓晶界为连续的网状碳化物 M23C6和 M6C，这种分布容易引起应 力集中，可能 造成晶界的早期断裂。 热处理后的螺栓材料晶界碳化物连续性减少了， 从而提高了合金的塑性和长期使用的组织稳定性。
3 恢复热处理对力学性能的影响
对恢复热处理前后的螺栓材料分别进行常温拉伸试验、冲击试验、布氏硬度试验，结果见表 2。
使用 HV-1000 型显微硬度计对恢 复热处理前后的螺栓试样进行显微硬度检验， 每个试样分别随机取 5 个视场的奥氏体基体进行检验，结果见表 3。
采用扫描电镜对热处理前后冲击试样断口进行微观形貌观察，结果如图 3 所示。 可见热处理前硬度值超标螺栓的冲击断口为典型的沿晶断裂，可见沿晶二次裂纹，脆性断口特征明显；热处理后螺栓冲击断口中存在
大量韧窝及撕裂棱，相对热处理前韧性特征明显。由以上试验结果可看出， 硬度值超标的GH4145/SQ螺栓各项常温力学性能指标虽然合格，但其塑性指标(断后伸长率、断面收缩率)仅略高于标准要求下限值。
标准对韧性指标(冲击吸收功)虽无具体要求，但试验结果显示其冲击吸收功较低，螺栓韧性较差。 可见，经高温运行后硬度值升高的 GH4145/SQ 螺栓材料其强度值升高，但其塑性及韧性指标均明显变差。
恢复热处理后螺栓材料硬度值降至标准要求范围内，抗拉强度下降 13%，屈服强度下降 27%，强度值仍高于标准要求下限值； 断后伸长率及断面收缩率此两项塑性指标分别增长 42%、24%； 韧性指标(冲击吸收功)增长 68%。 可见恢复热处理后螺栓材料强度值有一定程度下降， 塑韧性指标相对热处理前有大幅提升。
4 分析及结语
火力发电厂汽轮机螺栓，特别是调速汽门、主汽门螺栓，在机组长期运行中承受蠕变、疲劳及其交互作用的影响，高温螺栓常见失效包括蠕变、脆性断裂及疲劳，因此高温螺栓必须具备高的蠕变强度、延展性、韧性及抗疲劳性能。
对超临界机组 GH4145／SQ螺栓用钢，应重点考虑塑韧性，硬度值偏高的螺栓塑韧性明显下降，抗疲劳性能差，容易发生脆断及低周疲劳断裂。
硬度偏高的原因主要有以下几方面： ①在螺栓制做时， 螺栓坯料在冶炼锻造及后续热处理工艺控制不当；②GH4145／SQ 镍基合金在螺栓机加工时有硬化现象； ③螺栓安装时预紧力过大及在高温运行中螺栓蠕变变形引起材料硬化[3]。
针对运行后镍基合金螺栓硬度值超标的情况， 利用本文采用的热处理工艺对硬度值超标螺栓进行恢复热处理后， 其硬度值降至标准要求范围内， 强度值有一定程度的下降，随之而来的是塑性及韧性的显著提升，证明此种恢复热处理工艺的有效性。
