Nb在变形高温合金中的作用

doi:10.20057/j.1003-8620.2022-00241

摘要/Abstract

摘要： 以载入《中国高温合金手册（2012年版）》的经过国家验收、鉴定或批量生产的变形高温合金为主要研究对象，通过大量的文献调研，总结了Nb在变形高温合金中的作用。总结表明，在高温合金中，Nb既是主要的固溶强化元素，又是主要的沉淀强化元素。在固溶强化型高温合金中，Nb主要形成NbC、Z-（Ni_0.04Cr_0.83Fe_0.13）_1.9（W_0.15Mo_0.09 Nb_0.76）_3.3 N等相，显著提高合金的蠕变强度，降低蠕变速率，同时能保证合金良好的焊接工艺性能；在沉淀强化型高温合金中，主要形成γ′-Ni₃（Al，Ti）相、γ″-Ni₃ Nb相、δ-Ni₃ Nb相、ε-Ni₃（Nb，Ti）相、Laves-（FeCoNi）_1.84（NbTiSi）相等，通过控制析出相尺寸、形貌和分布的变化来获得良好的综合性能。目前有接近30%的变形高温合金均采用Nb元素进行强化，现代高温合金材料的发展已经离不开Nb元素。

关键词: Nb, 变形高温合金, 固溶强化型高温合金, 沉淀强化型高温合金

Abstract: In this paper， the main research object is the deformed superalloys that have passed the national acceptance， identification or batch production， which are included in the China Superalloy Manual （2012 edition），through a large number of literature research， the role of Nb in deformed superalloys is summarized. The results show that Nb is not only the main solution strengthening element， but also the main precipitation strengthening element in superalloys. In the solution strengthened superalloy， NbC and Z-（Ni_0.04Cr_0.83Fe_0.13）1.9（W_0.15Mo_0.09Nb_0.76）_3.3 N are mainly Nb formed， which can significantly improve the creep strength of the alloy， reduce the creep rate， and ensure the good welding process performance of the alloy； In precipitation strengthened superalloys γ′- Ni₃（Al，Ti）、γ″-Ni₃ Nb、δ-Ni₃ Nb、ε- Ni₃（Nb，Ti） and Laves-（FeCoNi）_1.84（NbTiSi） etc are mainly Nb formed， and good comprehensive properties can be obtained by controlling the changes of the size， morphology and distribution of the precipitated phase. At present， nearly 30% of deformed superalloys are strengthened by Nb， and the development of modern superalloy materials has been inseparable from the participation of Nb.

Key words: Nb, Wrought Superalloy, Solid Solution Strengthened Superalloy, Precipitation Strengthened Superalloy

中图分类号:

TG113.12

王志刚, 王立, 曹政. Nb在变形高温合金中的作用[J]. 特殊钢, 2023, 44(6): 1-7.

Wang　Zhigang, Wang　Li, Cao　Zheng. The Role of Nb in Deformed Superalloys[J]. Special Steel, 2023, 44(6): 1-7.

参考文献

［1］黄乾尧，李汉康.高温合金［M］.北京：冶金工业出版社. 2000：4-7.
［2］中国高温合金手册［M］.北京：中国标准出版社，中国质检出版社.2012.
［3］蓝兰.铌［M］.北京：中国工业出版社.1964：5-12.
［4］幸良佐.国外钽铌工业发展概况［J］.江西冶金，1982，02（1）：66-69.
［5］郭青蔚.铌在钢铁工业中的应用［J］.稀有金属快报，2005，23（3）：31-34.
［6］ Xie Xishan. An Overview of Nb-Containing Superalloys in China［A］. 40 th Anniversary-Niobium Science and Technology Cooperation-China and Brazil （1979-2019）：323-338.
［7］ Hunsicker H Y， Stumpf H C. History of precipitation hardening［R］. The Sorby Centennial Symposium on the History of Metallurgy.1965.
［8］ Sims C T. A History of Superalloy Metallurgy for Superalloy Metallurgists［R］. Superalloys. 1984.
［9］郭建亭.高温合金材料学（上册）［M］.北京：科学出版社. 2008：46-48.
［10］李烁，闫森，金奎文，等. 碳含量及热加工变形量对镍基合金GH3625组织和性能的影响［J］. 特殊钢， 2022， 43（2）： 75-78.
［11］黄福祥.燃烧室用GH15铁基高温合金［J］.航空材料，1980，24（6）：4-7.
［12］王立，王志刚，牛建科，等. 固溶处理对GH2036合金组织和硬度的影响［J］. 特殊钢， 2021， 42（6）： 61-64.
［13］方前，赵琳，张大越，等.电弧增材制造GH3039组织和性能研究［J］.稀有金属材料与工程，2022，51（3）：1141-1144.
［14］王志刚，祖国胤，程俊，等.热处理对GH1016合金组织和性能的影响［J］.材料与冶金学报，2015，14（2）：144-148.
［15］浦惠康，田沛玉.硼对GH1131合金拉伸性能的影响［J］.钢铁研究学报，2011，23（S2）：33-35.
［16］王志刚，田水仙，韩魁.GH3625合金轧制过程中的晶粒组织演化［J］.金属功能材料，2018，25（4）：45-49.
［17］王志刚，杨玉军，田水仙，等.冷拔变形对GH3625合金组织和性能的影响［J］.钢铁研究学报，2011，23（S2）：92-95.
［18］ Eiselstein H L， Tillack D J . The Invention and Definition of Alloy 625［R］. The Minerals， Metals & Materials Society， 1991.
［19］ Guo Xiping， Kiyoshi Kusabiraki， Shigeoki Saji. Intragranular precipitates in Incoloy Alloy 909［J］. Scripta Materialia，2001，44（1）：55-60.
［20］ WuYuting， Li Chong， Xia Xingchuan， et al. Precipitate coarsening and its effects on the hot deformation behavior of the recently developed γ'-strengthened superalloys［J］. Journal of Materials Science &amp； Technology，2021，67（8）：95-104.
［21］胡仁民，信欣. Nb含量对GH4169合金组织和拉伸性能的影响［J］.宝钢技术，2020，37（2）：32-35+39.
［22］崔文明，张京玲，张瑞.不同热处理工艺对GH4169合金相析出的影响［J］.世界有色金属，2021，35（2）：128-129.
［23］韦康，王涛，张明军，等.重复固溶对Inconel 718合金组织性能的影响［J］.航空材料学报，2021，41（1）：53-59.
［24］刘永飞，刘宏亮，赵献益，等.固溶时效对Inconel718合金组织和力学性能的影响［J］.机械工程材料，2016，40（3）：49-51+56.
［25］白亚冠，李红梅，韩秀栋，等. GH4169合金δ相析出与溶解行为研究［J］. 特殊钢， 2021， 42（5）： 21-25.
［26］灵动核心产业研究中心.中国高温合金行业市场研究成果［R］.北京：灵核网， 2018：70.
［27］庄景云，杜金辉，邓群.变形高温合金GH4169组织与性能［M］.北京：科学出版社， 2011， 129-130.
［28］杨良会，卢熠，吴永安，等.GH907环形锻件锻造工艺研究［J］.锻造与冲压，2019（23）：60-63.
［29］ Kusabiraki K， Amada E， Ooka T. Precipitation and growth of γ' phase in an Fe-38Ni-13Co-4.7Nb superalloy ［J］. ISIJ International， 1996，36：208.
［30］ Balachander， Vishwakarma， Tang， et al. Microstructure characterization of solution treated （ST） and solution treated and aged （STA） Incoloy 909［J］. Materials Science and Technology，2011，27（4）：805-809
［31］ Heck K A， Smith D R， Smith J S， et al. The physical metallurgy of a silicon-containing low-expansion superalloy ［A］. Superalloys 1988—Proceedings of the Sixth International Symposium on Superalloys［C］. Warrendale， PA： Metallurgical Society， Inc.，1988：151-157.
［32］ Chen Z， Brooks J W， Loretto M H. Precipitation in Incoloy alloy 909 ［J］. Materials Science and Technology， 2013， 9（8）： 647-652.
［33］ Guo Xiping， Kiyoshi Kusabiraki， Shigeoki Saji. Intragranular precipitates in Incoloy Alloy 909［J］. Scripta Materialia，2001， 44（1）：44-45.
［34］刘瑛，邓波，陈淦生，等.析出相在GH907低膨胀合金中的作用［J］.材料工程，1997，41（11）：27-30.
［35］王志刚，文嘉利，杨贵新，等.GH2907合金VIM+VAR 3 t钢锭1 190 ℃均质化过程中Nb和Si的扩散行为［J］.特殊钢，2021，42（4）：17-19.
［36］韩光炜，王信才，王志刚，等. Laves相分布对GH2909合金持久缺口敏感性的影响［A］. 中国金属学会高温材料分会.第十四届中国高温合金年会论文集［C］.中国金属学会高温材料分会：中国金属学会，2019：7-10.
［37］崔毅，张雲飞，吕达，等.高温扩散热处理对Ni-24Fe-14Cr-8Mo镍基合金显微组织的影响［J］.特殊钢，2020，41（6）：72-76.
［38］李阳，李莎，王岩. 固溶处理对GH4700镍基合金管组织及力学性能的影响［J］. 特殊钢， 2013， 34（3）： 64-66.

[1]	王哨兵, 孙文强, 王曼, 周珠, 刘正东, 钟强. Nb对GH4169合金管材组织性能的影响[J]. 特殊钢, 2024, 45(5): 34-39.
[2]	梅飞强, 赵吉庆, 闫磊, 王云海, 杨钢. 1Cr16Co5Ni2MoWVNbN耐热钢球座模锻成型工艺模拟与试验验证[J]. 特殊钢, 2024, 45(4): 131-138.
[3]	刘朝霞, 孙宪进, 刘俊, 叶建军, 王柯, 徐光琴. 热处理工艺及Nb微合金化对9Ni钢组织性能的影响[J]. 特殊钢, 2024, 45(3): 70-74.
[4]	蒋乔, 张健, 倪燕红. 中碳CrMo钢中Ti、Nb液析形貌及生成机理分析[J]. 特殊钢, 2024, 45(2): 18-23.
[5]	田帅, 张雪凌, 刘振宝, 王晓辉, 王长军, 孙永庆, 杨志勇, 齐越. Nb微合金化对Cr-Co-Ni-Mo系超高强度不锈钢腐蚀疲劳性能的影响[J]. 特殊钢, 2024, 45(1): 103-110.
[6]	林田子, 杨颖, 翟晓亮, 王厚昕, 郭爱民, 梁智涛. Nb含量和热变形参数对纵向变截面耐候桥梁钢变形抗力及组织的影响[J]. 特殊钢, 2023, 44(4): 108-113.
[7]	谢有, 邓向阳, 李仕超, 孟晓玲. 含0.029%铌F40MnVS钢连铸坯微米级大颗粒NbC特征及生成机理研究[J]. 特殊钢, 2023, 44(1): 49-54.
[8]	张银桥, 黎福华, 孔繁革, 潘先明, 朱志宝, 李勇, 李海松、. -70°C 低温用09MnNiD钢Φ219 mmx20 mm无缝管生产实践[J]. 特殊钢, 2022, 43(4): 66-69.
[9]	叶铁, 高振宇, 卢志文, 仲志国, 马春华. 常化温度对无取向电工钢50W300热轧板组织、织构和磁性能的影响[J]. 特殊钢, 2022, 43(4): 82-87.
[10]	胡梦頔. 70 t EAF-LF-RH冶炼18CrNiMo7-6齿轮钢过程的夹杂物变化[J]. 特殊钢, 2022, 43(4): 21-23.
[11]	毕胜, 宫哲, 王鑫, 何金泽, 陈修君. 优化连铸工艺改善SWRH82A钢150 mm x 150 mm 铸坯中心碳偏析实践[J]. 特殊钢, 2022, 43(4): 24-27.
[12]	屠兴圹, 徐建飞, 周淼, 苏振伟, 林俊, 万文华. 低碳铝脱氧20钢钢水洁净度控制研究[J]. 特殊钢, 2022, 43(3): 35-38.
[13]	吕进, 徐东, 郑冰, 庞洪轩, 邹志鹏, 杨昕昆. 工艺因素对82B钢280 mm x325 mm铸坯凝固过程的影响[J]. 特殊钢, 2022, 43(2): 12-15.
[14]	李烁, 闫森, 金奎文, 王勃兴, 陆凤君. 碳含量及热加工变形量对镍基合金GH3625组织和性能的影响[J]. 特殊钢, 2022, 43(2): 75-78.
[15]	史咏鑫, 李青, 钟庆元, 冯文静, 常松, 王敏. 固溶温度对奥氏体不锈钢022Cr24Ni17Mo5Mn6NbN组织和性能的影响[J]. 特殊钢, 2022, 43(2): 82-84.