GH4648合金是一種時(shí)效強(qiáng)化型鎳基高溫合金，合金組織中主要由αCr相，γ,γ和碳化物組成.該合金Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)32%～35%,高鉻提高了合金的抗氧化性和耐腐蝕性，也加劇了αCr相和Cr的碳化物(如M??C?,M?C?等)析出的傾向12~8].GH4648合金在800～900 ℃時(shí)效時(shí)析出的α-Cr相，使合金在高溫時(shí)具有足夠的強(qiáng)度{9.10}

我國(guó)傳統(tǒng)上GH4648合金熱軋棒材一直采用橫列式軋機(jī)生產(chǎn)，橫列式軋機(jī)采用人工喂鋼的辦法，軋制節(jié)奏由于受操作者水平的影響導(dǎo)致合金在軋制過(guò)程中工藝參數(shù)波動(dòng)較大，特別是終軋溫度難以準(zhǔn)確控制.采用橫列式軋機(jī)生產(chǎn)的棒材經(jīng)過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，合金的組織和性能波動(dòng)較大，尤其是αCr相的析出狀態(tài)和形狀差異較大.對(duì)于GH4648合金而言，a-Cr相組織控制的均勻性直接影響到產(chǎn)品的性能.如果采用連軋軋機(jī)軋制高溫合金棒材，由于連軋機(jī)的自動(dòng)化程度遠(yuǎn)高于落后的橫列式軋機(jī)，生產(chǎn)過(guò)程中人為影響因素較少，工藝參數(shù)的執(zhí)行穩(wěn)定，對(duì)于獲得最佳組織和性能的熱軋棒材十分有利.遺憾的是國(guó)內(nèi)關(guān)于高溫合金連軋方面的工藝技術(shù)尚罕見報(bào)道，本文主要結(jié)合寶鋼特鋼事業(yè)部引進(jìn)的高合金鋼連軋生產(chǎn)線研究了采用連軋工藝對(duì)GH4648合金組織和性能的影響.

1連軋?jiān)O(shè)備和實(shí)驗(yàn)用料

圖1為高合金鋼連軋生產(chǎn)線示意圖，其工藝布置采用一架700粗軋機(jī)加16架CCR連軋機(jī)的半連續(xù)軋制方式，軋制規(guī)格為φ14～85mm圓鋼、20～50mm方鋼和(8～20)mm ×(28～75)mm扁鋼.根據(jù)品種和規(guī)格的不同，選用不同規(guī)格的坯料，經(jīng)過(guò)粗軋機(jī)開坯成不同規(guī)格的中間坯.中間坯經(jīng)隧道爐控溫，根據(jù)產(chǎn)品種類、規(guī)格和組織要求選用適當(dāng)?shù)目販販囟群捅貢r(shí)間，然后經(jīng)CCR連軋機(jī)組軋制成品.CCR成品軋制過(guò)程中可選擇不同的軋制線速度.

本研究所用的GH4648合金采用真空感應(yīng)+真空自耗冶煉，鍛造開坯至110方后經(jīng)高合金鋼連軋生產(chǎn)線軋制成φ 50 mm棒材.合金化學(xué)成分列于表1.熱軋采用同一爐號(hào)鋼坯、同一加熱制度、同一軋制孔型系統(tǒng)，通過(guò)改變終軋線速度，探討其對(duì)合金組織和性能的影響規(guī)律.終軋線速度分別采用3.0、3.3、3.8、4.0和4.2m/s棒材經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)熱處理(1140℃×1 h ×AC+900 ℃×16 h+AC)后，分別進(jìn)行了室溫拉伸性能、800 ℃高溫拉伸性能、高溫持久性能(800 ℃,176 MPa)、晶粒度、沖擊性能的測(cè)試分析.

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1?合金的終軋溫度和終軋速度的關(guān)系

GH4648合金坯料經(jīng)過(guò)粗軋開坯，在隧道爐中保溫一段時(shí)間，中間坯的溫度均勻燒透后直接出爐經(jīng)連軋軋制成品棒材.生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，軋制速度直接影響了合金的軋制溫度，而軋制溫度受環(huán)境溫度的影響可以忽略.圖2為終軋速度和終軋溫度的關(guān)系.在連軋的過(guò)程中，隨著軋制速度的提高，合金棒材的溫升也不斷升高.當(dāng)終軋速度由3.0m/s增加至4.2m/s,終軋溫度由985 ℃升高至1130 ℃.從溫升曲線看，隨著軋制速度的不斷提高，這種溫升的幅度加劇.

2.2合金的力學(xué)性能和終軋速度的關(guān)系

由圖3可見不同的終軋速度對(duì)合金室溫拉伸性能的影響規(guī)律并不明顯，而對(duì)800 ℃高溫拉伸影響比較大.由圖4可見，隨著軋制速度由3.0m/升至3.3m/s,800 ℃高溫拉伸性能強(qiáng)度達(dá)到峰值，拉伸塑性(?、φ)亦出現(xiàn)峰值.當(dāng)軋制速度達(dá)4.0m/s時(shí)，高溫拉伸強(qiáng)度有明顯的下降趨勢(shì)，高溫拉伸塑性也略有下降.隨著終軋速度的進(jìn)一步增高這種下降趨勢(shì)更明顯.

合金的持久壽命隨著軋制速度的增加有明顯下降趨勢(shì)，特別是當(dāng)終軋速度在3.8m/s時(shí)，持久壽命大幅度下降.合金的室溫沖擊性能也隨著終軋速度的增高而下降(見圖5).

2.3合金的組織和終軋速度的關(guān)系

上述軋制參數(shù)的改變?cè)斐傻男阅艿淖兓?，?yīng)該取決于軋制參數(shù)對(duì)合金組織的影響.為此，首先對(duì)不同軋制參量下的組織進(jìn)行了定量分析.由圖6可以看出，由于連軋速度提高導(dǎo)致棒材的溫升使合金棒材晶粒度差異較大，終軋速度控制在3.0?～3.8m/s,可以獲得5～6級(jí)的晶粒度，而當(dāng)終軋速度進(jìn)一步升高達(dá)到4.2m/s時(shí)，晶粒尺寸逐步變粗達(dá)到了2級(jí)晶粒

通過(guò)對(duì)合金的金相組織觀察軋制速度在3.0～3.3m/s,合金的主要析出相是彌散分布短棒狀以及顆粒狀的α-Cr相(圖7a,圖7b).隨著軋制速度的不斷增加，α-Cr相逐步以針狀析出.當(dāng)終軋速度為4.0m/s,αCr相完全以針狀析出，并且呈帶狀不均勻分布(圖7c,圖7d).

3討論與分析

前期的研究表明，,GH4648合金的Cr和C含量對(duì)合金的組織和性能影響比較大，主要通過(guò)對(duì)Cr和C兩種元素的含量控制.來(lái)獲得不同αCr相的析出量，從而影響合金的組織和性能.本研究選用了同一冶煉爐號(hào)、合金的成品錠采用氦氣冷卻的真空自耗爐冶煉，合金的結(jié)晶狀態(tài)和成品偏析得到改善，合金的成分比較均勻，這樣就避免了成分差異對(duì)合金性能的影響.另一方面，鎳基高溫合金的熱加工溫度對(duì)強(qiáng)化相γ影響較小，而γ相主要取決于合金的AlTi含量以及熱處理制度].本研究由于采用同一爐號(hào)(成品棒材成分應(yīng)一致)、同一熱處理制度進(jìn)行處理(Y相的析出量基本相同),因此，γ相對(duì)實(shí)驗(yàn)材料組織和性能的影響可以忽略.再者，由于研究工作通過(guò)連軋?jiān)O(shè)備的自動(dòng)化控制，各項(xiàng)工藝參數(shù)得到準(zhǔn)確地執(zhí)行，使得本研究在軋制過(guò)程中所控制的單一變量即為軋制速度，由此，確保合金組織和性能數(shù)據(jù)變化與軋制速度相關(guān)聯(lián)的唯一性和準(zhǔn)確性.

如在前言中所述，α-Cr相的析出形貌和分布狀態(tài)對(duì)GH4648合金的性能有較大影響[19,0],而一般認(rèn)為合金的持久壽命將隨著晶粒尺寸的增加而提高.綜合圖5、圖6的研究結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)GH4648合金隨著晶粒度的增大，合金的持久壽命反而有所下降，且這種下降的趨勢(shì)比較明顯.金相組織表明，隨著終軋速度的不同，合金αCr相形態(tài)的變化比較明顯.由此，不難推斷出影響GH4648合金持久壽命的主要因素是αCr相.當(dāng)合金經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)熱處理后能夠獲得彌散分部的短棒狀和顆粒狀的α-Cr相就能夠獲得良好的力學(xué)性能，而當(dāng)合金αCr相以連續(xù)帶狀和針狀集中析出，對(duì)合金的室溫沖擊性能、高溫拉伸和高溫持久性能不利.由圖7可以看出，GH4648合金熱軋棒生產(chǎn)過(guò)程中，軋制工藝對(duì)α-Cr相析出形態(tài)影響較大，當(dāng)終軋溫度在980～1020 ℃溫度區(qū)間進(jìn)行軋制時(shí)，合金棒材經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)熱處理后主要以彌散分布的短棒狀和顆粒狀的α-Cr相析出,這種狀態(tài)的α-Cr相對(duì)合金的性能十分有利.當(dāng)終軋溫度大于1040 ℃時(shí)，合金棒材經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)熱處理后由彌散分布的短棒狀和顆粒狀的αCr相逐步向集中帶狀、針狀的析出形態(tài)轉(zhuǎn)變，不利于合金的性能.本研究采用的高合金鋼連軋生產(chǎn)線，生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化控制，避免了橫列式軋機(jī)人為因素的影響.坯料在連續(xù)爐高溫加熱經(jīng)過(guò)粗軋開坯后進(jìn)隧道爐，中間坯在隧道爐補(bǔ)償加熱使坯料的溫度均勻，達(dá)到工藝要求溫度，確保了每支坯料進(jìn)入連軋入口溫度一致，從而穩(wěn)定合金的組織和性能.由于熱連軋的特點(diǎn)，機(jī)架增加，軋制速度逐架提高.隨著軋制速度的增加，坯料變形受到的軋制力不斷增加.由于軋制速度快，坯料的溫度不斷升高，因此可以通過(guò)設(shè)定軋制速度來(lái)保證終軋溫度成為控制GH4648合金組織與性能的關(guān)鍵.根據(jù)軋制過(guò)程數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、分析，在GH4648合金熱軋棒材生產(chǎn)過(guò)程中，終軋速度變化對(duì)合金溫度的改變幅度是穩(wěn)定的，受外界環(huán)境溫度影響很小.當(dāng)GH4648合金終軋速度控制在3.3?～3.8m/s能夠保證合金棒材的終軋溫度控制在980～1020 ℃溫度區(qū)間，在此溫度區(qū)間軋制的合金棒材能夠獲得良好的組織和性能.

4結(jié) 論

(1)?采用連軋生產(chǎn)GH4648合金熱軋棒材時(shí)，棒材的終軋溫度可以改變合金αCr相的析出形貌，隨著終軋溫度的升高，α-Cr相以短棒狀和顆粒狀彌散分布的形態(tài)向針狀、帶狀集中分布轉(zhuǎn)變，從而降低合金的高溫拉伸(800 ℃)、高溫持和室溫沖擊性能.

(2)?GH4648合金熱軋棒終軋溫度控制在980～1020 ℃,經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)熱處理后合金α-Cr相主要以以短棒狀和顆粒狀彌散析出，合金棒材有良好的綜合力學(xué)性能.

(3)采用連軋技術(shù)生產(chǎn)GH4648合金棒材，能夠?qū)崿F(xiàn)合金的控制軋制，減少了傳統(tǒng)橫列式軋機(jī)的人為影響因素，從而穩(wěn)定合金的組織和性能.