Inconel617简介： 该合金在热腐蚀领域中如硫化环境，尤其是高达1100℃循环的氧化和碳化环境中具有极好的耐腐蚀能力。这些耐腐蚀性加上出色的机械性能，使这种合金特别适用于高温领域。在高达1100℃高温下具有很好的瞬时和长期机械性能。应用于工业和航空汽轮机部件、空气加热器、马弗罐和辐射馆、高温热交换器、阀和弹簧、高温气体冷却核反应堆，如核反应堆高温部件-氦/氦介质热交换器、化工设备、石化工业中的螺旋管和管道等。Inconel617工艺性能与要求：

1、合金合适的热加工温度为1200-950℃，冷却方式可以是水淬或其他快速冷却方式，材料须在加热炉达到最高炉温时入炉。

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、合金焊缝附近的氧化物要比不锈钢的更难以去除。机械或化学方法都可以采用，用机械方法时，要避免产生金属污染和高的表面变形。在硝酸和氢氟酸的混合酸中酸洗之前，也要用砂纸去除氧化物或进行盐浴预处理。

4、合金很适合于焊接，包括钨电极电弧焊（GTAW/TIG）、手工电弧焊（GMAW/MIG）、脉冲弧焊和保护气体弧焊。

1 实验

1.1 数据来源

（1）文中所用数据来源于美国特殊金属公司(Special Metals)公开的617合金资料，其中与持久性能有关的数据包括以下两部分{5}

（2）595~1095℃温度区间内的实验应力与蠕变断裂时间(具体见图1)。其中，应力与断裂时间的范围分别为1~75ksi(6~520MPa)与15~46500h,试样分棒材与板材2种。

595~1095℃温度区间内的蠕变速率，范围为0.00005%~0.1%,试样分棒材、板材、冷拔管与挤压管4种。

本文中用到的主要是（1）与断裂时间及应力有关的部分；此外，考虑到数据的一致性只选择了棒状试样断裂后获得的持久实验点(板状试样的数量远小于棒状试样，在文中暂不作处理)。

1.2 数据筛选与LMP建模

时间-温度参数法形成于20世纪50年代，该方法综合考虑了温度和应力与断裂时间之间的关系，通过把时间、温度表示成一个可以相互补偿的参数，并与应力相关联同。其中，Larson-Miller法是目前国、内外应用最为广泛的方法{7}：

式中：T为持久实验温度，K;t,为蠕变断裂时间，h;C为与材料有关的常数。在已知C值的前提下，可用P参数评估材料的持久性能。从式(1)可以看出，温度T对P参数值的大小影响很明显，该方法主要运用的是持久实验加速法中的温度加速法。

根据图1中的实验温度，将数据点分为以下3类：1)595~1095℃;2)595~980℃;3)595~870℃。然后，对每个温度区间内的数据分别利用LMP法建模，其中，C值的选取没有使用通常的20,而是通过最小二乘法计算得出：获得使P参数与应力之间进行拟合时具有最优相关系数的Cl⁸。图2为利用上述3类数据得到的LMP主曲线。从图2中可以看出，随着数据筛选原则的不同，LMP参数中的C值不断变化；但整体上3条主曲线与实验点拟合程度均较好，相关系数R²均高于98%。

1.3 持久强度预测

持久强度表示材料在高温和应力长期共同作用下的抗断裂能力，对于计划用于A-USC机组过/再热器等部件的617合金而言，对蠕变速率的限制不严，但必须保证在规定时间内不致破裂，因此持久强度是其主要的设计依据。利用上述3条LMP主曲线对合金不同温度10⁵h的持久强度进行外推，并与图1中所给参考值作对比，分析二者的相对误差，结果见表1。

从表1中可以看出，随着建模使用温度的上升，外推值与参考值的相对误差值越来越大，但其LMP参数与应力之间均呈现很好的拟合优度。因此，在运用时间-温度参数法进行预测时，不能只立足于分析主曲线，应将其分解至各个温度以观性能外推效果。为了进一步证实数据筛选对预测精确性的影响，选择现有数据中蠕变断裂时间最长的实验点一760℃/46052h条件下的应力进行预测，结果如图3所示。与前述相对误差的比较相一致，使用595~870℃范围内的数据获得的应力预测值与真实实验值最为接近，而用595~1095℃范围内的数据获得的应力预测值与真实值差别最大，表明数据结构对预测结果精度的重要性。

2 分析

2.1 持久曲线形状

图4示出了由等温线法获得的持久曲线斜率与实验温度的关系(为了便于分析，图4中所示斜率为真实斜率的绝对值)。

从图4可以看出，随着持久实验温度的上升，虽然斜率没有呈单调上升趋势，但整体是上升的，这一特征在870℃以上的温度中更为明显。值得注意的是，1095℃时的斜率较低，这应与该温度下断裂时间在100h左右的数据点应力值相同或变化不大有关：大应力短时断裂数据点所占比例过高导致了斜率的不升反降。对斜率的分析表明，随着实验时间的延长各温度持久性能下降的速率是不同的，温度越高下降越快，因此不能笼统地使用全部温度区间内的数据进行评估。

2.2 显微组织变化

Inconel 617合金的显微组织由奥氏体基体y+y'+碳化物/碳氮化物(如MC、M₂₃C₆、TiN)等组成，其主要强化相是弥散分布于晶内的γ'相及均匀分布在晶界的M₂₃C₆。图59为Ren等人利用热力学软件Thermo-Calc模拟得到的617合金在600~1400℃范围内的平衡相图9。从图5中可以看出，γ相的溶解温度约为900℃,随着温度的上升，y'相数量不断减少直至全部回溶于基体；M₂₃C₆的溶解温度较高，约为1200℃,但数量在900~1000℃呈现出较为明显的下降趋势。另有研究指出，随着温度的升高，γ及M₂₃C₆等相会不断地粗化4,101。因此，当持久实验的温度高于900℃时，合金中y'相的数量会大幅度减少甚至消失，尺寸会急剧长大，导致与基体的共格性逐渐消失；M₂₃C₆的溶解温度虽然较高，但其数量的减少以及颗粒的粗化亦会降低对晶界的强化作用。晶内、晶界强化相作用的同时减弱造成了持久曲线斜率在高温段的上升。

3结论

分析表明，由于617合金在中温段与高温段显微组织，特别是强化相的明显变化，导致了合金强化效果的不同，宏观表现为不同温度下持久实验曲线斜率不同，这也是当使用不同温度区间的数据点建模后持久强度预测值有明显差异的内在原因。因此，在使用时间-温度参数法评估此类合金的长时持久强度时，不应追求过高的温度来加速实验，对于900℃以上的实验数据更要慎用；另一方面，对C值的优化可以获得更为可靠的拟合相关系数，进一步提高持久性能评估的准确性，减少过高或过低的错误估计。