Constitutive Model and Hot Processing Map of Ni-Cr-Fe Heat-resistant Alloy for Advanced Ultra-Supercritical Boilers

Gao Pei; Huang Guijun

doi:10.20057/j.1003-8620.2025-00111

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Constitutive Model and Hot Processing Map of Ni-Cr-Fe Heat-resistant Alloy for Advanced Ultra-Supercritical Boilers

Forming and Phase Transition | 更新时间：2025-09-02

- Constitutive Model and Hot Processing Map of Ni-Cr-Fe Heat-resistant Alloy for Advanced Ultra-Supercritical Boilers
- Special Steel Vol. 46, Issue 4, Pages: 128-134(2025)
- 作者机构：
  
  1.江苏常宝普莱森钢管有限公司特材事业部，常州 213000
  2.江苏常宝钢管股份有限公司研发中心，常州 213000
  3.江苏大学材料科学与工程学院，镇江 212013
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.20057/j.1003-8620.2025-00111
  CLC： TG146
- Received：17 April 2025，
  
  Revised：2025-05-17，
  
  Accepted：21 May 2025，
  
  Published：30 July 2025
- 稿件说明：
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高佩,黄贵军.先进超超临界锅炉用Ni-Cr-Fe耐热合金的本构模型及热加工图[J].特殊钢,2025,46(04):128-134.

Gao Pei,Huang Guijun.Constitutive Model and Hot Processing Map of Ni-Cr-Fe Heat-resistant Alloy for Advanced Ultra-Supercritical Boilers[J].Special Steel,2025,46(04):128-134.
高佩,黄贵军.先进超超临界锅炉用Ni-Cr-Fe耐热合金的本构模型及热加工图[J].特殊钢,2025,46(04):128-134. DOI： 10.20057/j.1003-8620.2025-00111.

Gao Pei,Huang Guijun.Constitutive Model and Hot Processing Map of Ni-Cr-Fe Heat-resistant Alloy for Advanced Ultra-Supercritical Boilers[J].Special Steel,2025,46(04):128-134. DOI： 10.20057/j.1003-8620.2025-00111.

摘要

利用Gleeble-3500热模拟试验机对先进超超临界锅炉用Ni-Cr-Fe耐热合金进行变形温度950～1 250 ℃、应变速率0.01～10 s

-1

，应变量为0.7的热压缩变形试验。基于Arrhenius双曲正弦模型，创新性地将应变量因素引入，构建了适用于耐热合金的改进型本构模型，并采用相关系数R及绝对误差δ两个指标，对模型预测流变应力的准确性进行评估；同时，通过构建该耐热合金的热加工图及微观组织分析，系统评估并确定该合金的热加工工艺参数最优区间。结果表明，耦合应变量的改进型本构模型的材料常数与应变量的最佳拟合阶数为6阶，相关系数R为0.988 89，绝对误差δ为5.905 %，该模型对耐热合金的流变应力具有较好的预测能力；热变形所需的激活能Q值为389 kJ/mol，结合微观组织确定Ni-Cr-Fe耐热合金最佳热加工工艺为1 150～1 200 ℃、0.1～1 s

-1

。

Abstract

Thermal compression deformation experiments on Ni-Cr-Fe heat-resistant alloy for advanced ultra-supercritical boilers were conducted using a Gleeble-3500 thermal simulator testing machine over a temperature range of 950 ℃–1 250 ℃， strain rates of 0.01 s⁻¹-10 s⁻¹， and a strain of 0.7. Based on the Arrhenius hyperbolic sine model， strain factor is innovatively introduced to construct an improved constitutive model suitable for heat-resistant alloys， and two indexes， correlation coefficient R and absolute error δ， are used to evaluate the accuracy of the model's prediction of rheological stress； At the same time， by constructing the hot processing map of the heat-resistant alloy and the microstructure analysis， the optimal range of hot working process parameters of the alloy is systematically evaluated and determined. The results showed that the optimal fitting order of the material constants and strain of the improved constitutive model with coupled strain was 6， the correlation coefficient R was 0.988 89， and the absolute error δ was 5.905%. The model had good predictive ability for the rheological stress of heat-resistant alloy； The activation energy Q for hot deformation was calculated as 389 kJ/mol. Based on microstructural analysis， the optimal hot working process for the Ni-Cr-Fe heat-resistant alloy was identified as 1 150 ℃-1 200 ℃ and 0.1 s⁻¹-1 s⁻¹.

关键词

Keywords

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谭梅林，王常帅，郭永安，等 . Ti/Al比对GH984G合金长期时效过程中γ’沉淀相粗化行为及拉伸性能的影响［J］. 金属学报， 2014 ， 50 （ 10 ）： 1260 - 1268 .

Wang T T ， Wang C S ， Guo J T ， et al . Stability of microstructure and mechanical properties of GH984G alloy during long-term thermal exposure ［J］. Materials Science Forum ， 2013 ， 747-748 ： 647 - 653 .

高　佩，程晓农 . 固溶处理对GH984G合金冷轧无缝管组织及硬度的影响［J］. 机械工程材料， 2020 ， 44 （ 9 ）： 47 - 51 .

高　佩 . 700 ℃先进超超临界锅炉候选合金GH984G的热拉伸行为研究［J］. 压力容器， 2021 ， 38 （ 9 ）： 11 - 17 .

杨华春，梁　勤，杨小川，等 . 镍-铬-铁基高温合金GH984G在不同SO 2 浓度烟气中的腐蚀行为［J］. 材料热处理学报， 2017 ， 38 （ 1 ）： 83 - 88 .

Liu G M ， Yang H C ， Liang Q ， et al . Corrosion behavior of the Ni-Cr-Fe base superalloy GH984G in a synthetic coal ash and flue gas environment ［J］. Acta Metallurgica Sinica （English Letters）， 2017 ， 30 （ 9 ）： 863 - 868 .

杨　珍，鲁金涛，张夏妮，等 . 水蒸气温度对700 ℃先进超超临界锅炉候选合金GH2984氧化行为的影响［J］. 材料工程， 2018 ， 46 （ 1 ）： 74 - 82 .

刘国平 . 700 ℃超超临界锅炉高温过热器再热器用GH984G新材料焊接工艺研究［J］. 锅炉技术， 2017 ， 48 （ 4 ）： 56 - 59 .

程晓农，陈乐利，张肖佩佩，等 . 第四代核能系统换热管用Inconel 617B的热加工性能与组织特性［J］. 压力容器， 2020 ， 37 （ 12 ）： 1 - 7 .

Gao P ， Chen L L ， Luo R ， et al . Investigation of hot working performance and microstructure evolution of GH1059 superalloy based on processing map ［J］. Transactions of the Indian Institute of Metals ， 2021 ， 74 （ 11 ）： 2729 - 2737 .

罗　锐，谭　莉，陈乐利，等 . 核电厂反应堆压力容器O型密封管用GH4169合金的热加工性能及组织演变［J］. 压力容器， 2022 ， 39 （ 6 ）： 7 - 14 .

Luo R ， Zhou Y M ， Gao P ， et al . Characterization of hot workability of IN617B alloy using activation energy， Zener-Hollomon parameter and hot processing maps ［J］. Journal of Materials Research and Technology ， 2023 ， 26 ： 5141 - 5150 .

Xu Y ， Hu L X ， Sun Y . Deformation behaviour and dynamic recrystallization of AZ61 magnesium alloy ［J］. Journal of Alloys and Compounds ， 2013 ， 580 ： 262 - 269 .

李　萍，史建峰，郭亚山，等 . Zr-Sn-Nb-Fe合金两相区流变行为与本构模型研究［J］. 原子能科学技术， 2023 ， 57 （ 3 ）： 609 - 618 .

Brooks J W ， Dean T A ， Hu Z M ， et al . Three-dimensional finite element modelling of a titanium aluminide aerofoil forging ［J］. Journal of Materials Processing Technology ， 1998 ， 80 ： 149 - 155 .

程晓农，桂　香，罗　锐，等 . 核电装备用奥氏体不锈钢的高温本构模型及动态再结晶［J］. 材料导报， 2019 ， 33 （ 11 ）： 1775 - 1781 .

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