高温钢与合金

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碳含量及热加工变形量对镍基合金GH3625组织和性能的影响

李烁, 闫森, 金奎文, 王勃兴, 陆凤君

摘要（193）

PDF （1147KB）（231）

将含C量0.031%、0.048%和0.055%的GH3625合金由Φ480 mm铸锭锻造成Φ155 mm,轧制成Φ90 mm的棒材,后续固溶处理为加热至1 000℃,保温1 h后空冷;将C含量0.023%Φ480 mm铸锭分别锻造至Φ180 mm、Φ155 mm和Φ135 mm,将Φ155 mm的锻棒在450横列轧机上分别轧至Φ90 mm和Φ80 mm,后续进行固溶处理为加热至950℃,保温1 h后空冷。试验结果表明:当C含量由0.031%增加至0.055%时,GH3625合金的屈服强度和抗拉强度分别由419和862 MPa增加至597和938 MPa,合金的伸长率和断面收缩率变化不大;随着变形量由85.9%增至97.2%,0.023%C GH3625合金的晶粒度由4级变为6级,力学性能得到提升。

2022, 43 (2): 75-78.

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GH2132合金2t 电渣锭重熔工艺改进

崔利民, 王忠鑫, 罗保帅, 张欢欢

摘要（1638）

PDF （1196KB）（303）

GH2132合金（1.90%～2.30%Ti）重熔过程中Ti烧损量大（Δ[Ti]0.37%～0.57%）,重熔中、后期钢中Ti含量仅为1.83%～1.89%。通过采用（%）CaF ₂:Al ₂O ₃:CaO:TiO ₂=75:15:5:5渣系替代原CaF270%+Al ₂O ₃30%渣系,控制渣中不稳定氧化物（SiO ₂+FeO）≤0.6%、冶炼过程熔速控制从原6.1～6.3 kg/min降至5.3～5.6 kg/min等工艺措施,电渣锭各部位的Ti含量为2.06%～2.21%,Ti烧损量Δ[Ti]降至0.19%～0.34%。电渣锭锻造开坯后取样对夹杂物进行检验,发现通过工艺调整后夹杂物也有明显改善效果,D类细系夹杂物控制在0.5级以下,符合供货要求。

2022, 43 (3): 43-46.

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自由锻工艺及碳含量对高温合金GH3128显微组织与力学性能影响

李成龙, 钟裕国, 李晴, 赵长虹, 荣文凯

摘要（216）

HTML （2）

PDF （1815KB）（237）

针对C含量分别为0.031%和0.015%的GH3128合金锭，采用相同自由锻锻造工艺由Φ500 mm铸锭锻制成350 mm × 350 mm方坯，再分别采用1 180 ℃和1 100 ℃的加热温度以及27.5%和36%的每火次变形率将350 mm × 350 mm方坯锻成Φ200 mm圆棒。结果表明，1 100 ℃加热并采用27.5%每火次变形率可以获得最佳晶粒组织；同时显微组织及碳化物数量与C含量关系密切，而与锻造工艺关系较小；0.031%C相较于0.015%C，室温拉伸强度提升5%~10%，950 ℃高温持久时间提升30%。

2023, 44 (3): 90-93. DOI:10.20057/j.1003-8620.2022-00192

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镍基高温合金的熔炼工艺研究进展

杨浩, 王方军, 李采, 吴畏

摘要（3377）

HTML （49）

PDF （1789KB）（1590）

镍基高温合金的熔炼方法是合金质量的决定性因素，真空感应熔炼可有效控制合金锭中O、N、H等气体及有害杂质元素含量，精确控制合金成分。在此基础上，对合金进行重熔（电渣重熔及真空自耗重熔），可进一步降低合金中S、P等有害杂质含量，消除成分偏析及缩孔等缺陷，对凝固组织进行优化调控，从而实现大规格高质量合金锭的熔炼。本文综述了镍基高温合金的熔炼工艺进展，重点介绍了真空感应熔炼、电渣重熔、真空自耗重熔等常用熔炼技术的原理和特点，论述了“真空感应熔炼+保护气氛电渣重熔”、“真空感应熔炼+真空自耗重熔”双联工艺，以及“真空感应熔炼+保护气氛电渣重熔+真空自耗重熔”三联工艺在镍基高温合金熔炼方面的研究进展，并对镍基高温合金熔炼工艺的选择和发展方向提出建议。

2023, 44 (3): 1-9. DOI:10.20057/j.1003-8620.2022-00200

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高温均匀化对GH4710镍基合金组织及性能的影响

高首磊, 徐晓卫, 张宏, 王立

摘要（226）

HTML （4）

PDF （7149KB）（167）

对真空感应+真空自耗双联工艺冶炼的GH4710镍基合金铸锭进行两段式高温均匀化热处理，采用金相显微镜观察了热处理前后铸锭的微观组织和晶粒尺寸，利用扫描电镜、电子探针对热处理前后铸锭中合金元素的分布及含量进行测定，计算了铸锭不同部位各种元素的偏析指数。研究结果表明，采取（1 150±10）℃×30 h -（1 200±10）℃×50 h的二段式热处理工艺，有效消除了GH4710镍基合金铸锭组织中的共晶相，降低了铸锭成分偏析，显著提高锻造棒材的力学性能。在980 ℃，120 N/mm ²的试验条件下，持久性能达到了126、134 h，较铸锭未均匀化生产的53、74 h，提高了一倍左右，持久延伸率也提高了50%以上。

2024, 45 (1): 87-93. DOI:10.20057/j.1003-8620.2022-00206

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Nb在变形高温合金中的作用

王志刚, 王立, 曹政

摘要（1243）

HTML （9）

PDF （1680KB）（463）

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′-Ni ₃（Al，Ti）相、γ″-Ni ₃ Nb相、δ-Ni ₃ Nb相、ε-Ni ₃（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。

2023, 44 (6): 1-7. DOI:10.20057/j.1003-8620.2022-00241

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抗氧化型低膨胀GH6783合金的研制进展

王志刚, 韩光炜, 周立新, 叶兵, 曹政

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IN718镍基高温合金熔体脱氮和TiN析出热力学研究

罗小雨, 郭靖, 郭汉杰, 李泽友

摘要（233）

HTML （9）

PDF （1007KB）（299）

低氮含量可控制TiN夹杂物生成，从而提高镍基高温合金冶金质量和综合性能。通过比较镍基和铁基金属液中标准吉布斯自由能和合金元素对N、Ti活度相互作用系数的差别，指出镍基和铁基中两套不同的热力学数据，二者不能混用。以目前已有的镍基高温合金的热力学参数建立了IN718合金脱氮热力学模型，得出在满足其他冶炼条件的前提下，适当降低温度和提高真空度以降低氮气分压是降低合金液中氮含量的直接手段，以及不同合金元素加入对脱氮的影响不同。同时，建立TiN析出的热力学模型以及偏析模型，计算结果得出，在IN718的生产温度1 450 ℃条件下，控制合金液中的w［N］在43.69×10 ^-6以下，凝固过程中溶质元素N、Ti在液相中富集TiN析出，计算析出温度为1 468 K，此时固相分率f _s为0.829。若要控制固相分率f _s分别在90％或95％以上才会析出TiN夹杂物，w［N］需分别控制在25.00×10 ^-6和15.00×10 ^-6以下。

2024, 45 (1): 33-41. DOI:10.20057/j.1003-8620.2023-00113

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镍基高温合金U720Li在750 ℃不同氧化阶段的恒温氧化行为

秦墨周, 赵广迪, 武金江, 赵媛媛, 王国安

摘要（212）

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PDF （6883KB）（109）

航空发动机涡轮盘服役温度的不断升高，对材料的抗氧化性能提出了更严苛的要求。U720Li合金是一种具有较高承温能力的涡轮盘用镍基高温合金，其长期服役温度高达750 ℃。阐明该合金在服役温度下的氧化行为，对延长涡轮盘的服役寿命具有重要意义。本文采用静态增重法测定了锻态U720Li合金在750 ℃的氧化动力学曲线，用XRD、SEM-EDS等手段分析了不同氧化阶段的氧化膜形貌、结构及元素分布。结果表明，U720Li合金在其服役温度下具有优异的抗氧化性能，在750 ℃的恒温氧化动力学曲线大致遵循立方规律，达到了完全抗氧化级别。分析认为，U720Li合金在氧化初期生成了疏松的γ-Cr ₂O ₃，随着氧化的进行，γ-Cr ₂O ₃层不断剥落，氧化膜变得更加连续致密并形成复杂多层结构，且在氧化膜附近基体内形成γ´贫化层。在稳定氧化阶段，氧化膜更加连续致密并形成规整的双层结构，包括致密的α-Cr ₂O ₃外氧化层和α-Al ₂O ₃内氧化层。连续致密的α-Cr ₂O ₃和α-Al ₂O ₃层的形成能够有效阻止氧的内扩散及合金元素的外扩散，保障了U720Li合金的优异抗氧化性能。

2024, 45 (1): 12-17. DOI:10.20057/j.1003-8620.2023-00093

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S对铸造高温合金K417G凝固行为的影响

杨亚倩, 邢炜伟, 丁磊磊, 马颖澈

摘要（192）

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PDF （5277KB）（245）

在1340~1230 ℃采用等温凝固实验，研究了w［S］分别为0. 0001%、0. 0018%和0. 0037%对K417G合金凝固特性的影响。结果表明，S降低合金的固相线温度，扩大固液两相区，当w［S］从0. 0001%增加到0. 0037%时，合金的固相线温度由 1255 ℃降低至 1245 ℃。在凝固过程中 S元素偏析于液相，并在终凝区析出 Y相，且 S促进 Al、Cr元素在固液界面处的富集。在相同等温温度下，S元素对MC碳化物和γ+γ΄共晶的析出温度与形貌无明显影响，但S含量的增加促使MC碳化物、γ+γ΄共晶和Y相数量的增加，且Y相的析出温度从1230 ℃提升至1240 ℃。

2024, 45 (2): 30-38. DOI:10.20057/j.1003-8620.2023-00217

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Nb对GH4169合金管材组织性能的影响

王哨兵, 孙文强, 王曼, 周珠, 刘正东, 钟强

摘要（141）

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PDF （1578KB）（153）

采用真空感应、电渣重熔、真空自耗、均匀化热处理、锻造、热挤压、冷轧、热处理等工艺得到Nb含量分别为4.90%和5.30%的二种GH4169合金管，在其他成分基本保持一致的情况下，研究了Nb含量对GH4169合金管材组织性能的影响。结果表明，在相同的热处理工艺下，随着Nb含量的增加，Nb含量越高，晶粒尺寸越细小；200 ℃和室温抗拉强度、屈服强度都随着Nb含量的增加而增加；且在GH4169合金管材中的析出相含量也增加。GH4169合金管在不同的固溶热处理和相同的时效热处理工艺下，得到GH4169合金管材的晶粒度尺寸在4.0～7.0级，晶粒尺寸越小，管材的抗拉强度和屈服强度越高；在相同的晶粒度下，Nb含量越高，管材的抗拉强度、屈服强度都随着Nb含量的增加而增加。

2024, 45 (5): 34-39. DOI:10.20057/j.1003-8620.2023-00224

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GH4706合金涡轮盘锻件不同部位的组织及高温力学性能

徐烨玲, 王冲, 侯翔益, 黄嘉良, 廉心桐, 黄烁

摘要（158）

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PDF （3173KB）（337）

为了研究GH4706涡轮盘不同部位的组织及高温力学性能差异性，基于典型服役性能要求，开展了400、500、600、650 ℃条件下的高温拉伸，400、500、600 ℃条件下的高温低周疲劳和650 ℃/690 MPa、600 ℃/700 MPa的高温持久寿命对比分析。试验结果表明，轮毂、辐板及轮缘位置的晶粒组织存在显著差异，其中轮毂晶粒度为4级（平均晶粒尺寸为84 μm），辐板晶粒度为3级（平均晶粒尺寸为120 μm），轮缘晶粒度为2级（平均晶粒尺寸为183 μm）。不同部位试样的γ′-γ″复合相均以球状弥散析出。轮毂和辐板位置的η相呈长针状，尺寸较大，且与晶界平行分布；轮缘部位的η相呈短棒状析出，尺寸较小，在晶界的排列比较分散。不同位置的高温拉伸强度无明显差异，轮毂部位的低周疲劳性能最优（4363循环周次），而轮缘部位的高温拉伸塑性和持久寿命最优（1259 h）。GH4706涡轮盘锻件不同部位的组织差异性对其高温力学性能的影响较为显著。

2024, 45 (5): 102-107. DOI:10. 20057/j. 1003-8620. 2024-00004

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镍基单晶涡轮叶片定向凝固过程温度场数值模拟研究进展

孙佳怡, 董龙沛, 赵云松, 王恩会, 侯新梅

摘要（3612）

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PDF （2454KB）（508）

作为先进航空发动机不可缺少的核心部件之一，镍基单晶涡轮叶片（简称单晶叶片）的空心结构尺寸精度、合金元素的分布均匀性和表面及内腔冶金质量等要求极为苛刻。研究发现，定向凝固过程中温度梯度的控制直接影响单晶叶片性能和质量，能否持续获得稳定热流成为定向凝固技术的关键。随着计算机技术的不断进步，数值模拟已经成为单晶叶片定向凝固研究的重要手段之一。首先，对单晶叶片制备技术进行了介绍，分析了定向凝固过程中的传热方式。其次，总结了数值模拟界面换热系数边界条件的优化方法，重点介绍了Beck非线性估算法和有限差分法在界面换热系数求解中的应用，证明了两种方法均可以对铸件/型壳间的界面换热系数进行求解，有效提升了温度场模拟的准确性。最后，对定向凝固过程温度场数值模拟的研究进展进行了追踪，总结归纳出了工艺参数对温度场的影响规律。基于对镍基单晶涡轮叶片定向凝固过程温度场数值模拟研究进展的分析，提出了定向凝固工艺优化方向以及相关技术后续的发展趋势，以促进单晶涡轮叶片的高质量研发。

2024, 45 (4): 34-40. DOI:10.20057/j.1003-8620.2024-00058

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镍基变形高温合金裂纹形成及控制研究进展

杨树峰, 贾雷, 鄢宇灿, 王田田, 赵朋, 杨曙磊

摘要（1491）

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PDF （5650KB）（474）

随着高性能航空发动机对材料要求的不断提高，新型镍基变形高温合金的合金化程度和γ'相质量分数也在不断增加。这就导致了合金的熔炼难度逐渐提高。高合金化的新型镍基变形高温合金一般通过真空感应熔炼（VIM）+保护气氛电渣重熔（PESR）+真空电弧重熔（VAR）三联工艺来生产。受合金化程度的影响，合金在熔炼过程中易产生液固相间的溶质分凝和元素偏析，电极和铸锭在热应力与相变应力的综合作用下极易发生开裂，造成后续重熔过程电弧波动，从而对铸锭质量造成不利影响。电极裂纹问题是高温合金凝固过程中产生的一种复杂冶金缺陷，也是长期困扰我国高合金化难变形高温合金锭型扩大的共性技术难题。基于此，综述了近年来作者团队和国内外研究组在变形镍基高温合金熔炼过程中裂纹的形成机制、裂纹的影响因素及裂纹控制方面的研究进展，并对沉淀强化型镍基变形高温合金的未来发展方向进行了展望。

2024, 45 (4): 13-25. DOI:10.20057/j.1003-8620.2024-00089

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普通电渣炉的全密闭气氛改造及其对典型钢种的影响

赵子民, 孙欣, 侯栋, 周伟基, 姚玉东, 孙常亮

摘要（791）

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PDF （2509KB）（147）

随着电渣钢品质的不断提升，普通电渣炉亟须进行全密闭气氛保护的升级改造，从而解决电渣重熔过程元素烧损、增氧、增氢、氢气孔等问题。采用新型的电渣炉气氛改造技术，分别用5 t和2 t电渣炉对GCr15SiMn轴承钢和GH2132高温合金进行传统气氛保护电渣炉和新型电渣炉的对比试验。冶炼过程中实现了结晶器内氧分压低至1×10 ^-6。试验数据显示，传统气氛保护电渣炉冶炼下，GH2132中Ti收得率低，仅为88%；GCr15SiMn轴承钢电渣重熔过程中增 w［O］量大，可达5×10 ^-6。而在新型气氛保护改造中，GH2132中的Ti收得率高达96%；重熔过程轴承钢增 w［O］控制在3×10 ^-6以内，电渣锭中 w［O］稳定控制在10×10 ^-6以内，其电渣锭效果媲美气保电渣炉。以上炉内氧分压和电渣锭检测结果表明，电渣炉气氛改造后，可有效解决传统气氛保护改造技术下，往复的热浪涌出和负压吸气导致的结晶器内氩气保护不稳定，从而造成电极表面氧化，氧化皮掉入渣中引起的熔渣氧势升高和电渣锭增氧的问题；尤其对于GH2132高Ti低Al型高温合金，普通电渣炉加入脱氧剂Al条件下，无法避免Ti的烧损，只能导致电渣锭增Al。

2024, 45 (4): 99-103. DOI:10.20057/j.1003-8620.2024-00063

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粉末处理对FGH95氧含量、微观组织及力学性能的影响

范晓烁, 刘玉峰, 袁华

摘要（655）

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PDF （5322KB）（120）

通过化学成分测试分析、扫描电子显微镜观察、透射电镜观察、力学性能检测等分析方法，研究了粉末粒度、粉末处理工艺以及粉末处理环境对FGH95合金氧含量的影响。结果表明，粉末处理环境对FGH95合金的氧含量及组织影响较大，相同粒度气雾化粉末在空气中处理后，其制备的合金氧含量相比惰性气体环境中除气制备的合金增加了115%，而低氧环境中制备FGH95合金的 w［O］仅为0.003 9%，其PPB组织得到明显改善；同样在惰性气体环境中经过室温和450 ℃除气处理，0～45 μm粉末比0～75 μm粉末制备的FGH95合金氧含量增加了33%；在低氧环境中，除气温度对合金氧含量影响不大；氧含量的差异并未对FGH95合金的室温强度造成较大影响，但氧含量增高会降低合金的塑性。

2024, 45 (4): 124-130. DOI:10.20057/j.1003-8620.2024-00110

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ϕ690 mm大尺寸GH4738合金真空自耗重熔数值模拟与工业实验

赵朋, 桂凯璇, 曲敬龙, 杨树峰

摘要（674）

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PDF （7083KB）（127）

为探究大尺寸高温合金真空自耗重熔工艺，提高铸锭均质化、洁净化水平，采用数值模拟与工业试验相结合的方法，研究了 ϕ690 mm锭型GH4738合金真空自耗重熔过程熔池演变、凝固特征以及夹杂物分布规律。结果表明，随着熔炼的进行，模拟的熔池由“浅平”形逐渐向“浅U”形转变，熔炼500 min后，熔池逐渐趋于稳定，冶炼过程最大熔池深度和糊状区宽度分别为200.88、72.38 mm。稳定熔炼期间，铸锭表面和中心的冷却速率分别为0.126、0.009 K/s，高度超过0.4 m后，铸锭冷却速率基本维持稳定。模拟了6种粒径的夹杂物在熔池中的运动轨迹，>20 μm的夹杂物在熔池内作螺旋运动，大部分在熔池表面与铸锭侧壁接触面被捕获，≤10 μm的夹杂物进入熔池后沿熔池底部向内运动，最终停留在铸锭内部，与工业铸锭检测值基本一致。

2024, 45 (4): 55-60. DOI:10.20057/j.1003-8620.2024-00091

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我国特种冶金产品、技术和装备的最新进展与展望

姜周华, 董艳伍, 刘福斌, 耿鑫

摘要（3401）

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PDF （3894KB）（1321）

航空航天、能源、石油化工、船舶、轨道交通、新能源汽车、节能环保、电子信息等领域的高端装备产业发展强劲，对特殊钢和特种合金材料的质量和性能提出了更高的要求，需求量激增。因此，最近十几年我国特种冶金行业得到了快速的发展。首先，分析和总结了我国上述高端装备制造用超高强度钢、高温合金、耐蚀合金、耐热钢、特种不锈钢、高性能轴承钢、工模具钢以及精密合金等的新需求。其次，分析了传统特种冶金流程和几种特冶新流程的发展现状与趋势，重点强调了与转炉/电弧炉炼钢流程相结合可以为电渣重熔和真空电弧重熔提供高洁净的自耗电极，也可以为真空感应炉提供纯净原材料，用连铸坯作为自耗电极的抽锭式电渣重熔后接轧制工艺的电渣短流程可以显著提升生产效率和降低生产成本。同时，也简要介绍了高氮不锈钢冶炼的双联工艺和工模具钢的粉末冶金和喷射成形工艺流程。再次，分析和总结了我国特种冶金产业发展现状，以及新技术和新装备的进展情况。最后，对未来十年我国特种冶金的技术发展提出了建议和展望。

2024, 45 (4): 1-12. DOI:10.20057/j.1003-8620.2024-00143

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电子束精炼FGH4096合金夹杂物冶金机制

董立阳, 游小刚, 董庚益, 王轶农, 谭毅

摘要（659）

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PDF （3426KB）（185）

研究了不同电子束精炼参数对熔体凝固过程中夹杂物的类型、数量和尺寸分布等影响机制。通过对不同功率精炼后FGH4096合金中O和N含量以及夹杂物的类型、数量和尺寸分布进行了统计分析，结合夹杂物生长动力学揭示了电子束精炼功率对夹杂物生长的影响。电子束精炼制备的FGH4096合金中碳氮化合物和复合相夹杂物的数量密度在夹杂物中占比最大，两者占比达到了95.53%。在碳氮化合物和复合相夹杂物中，TiN-TiC、TiN-（Ti，M）C和Al ₂O ₃-TiN-（Ti，M）C的占比较大。夹杂物生长动力学计算结果表明，功率从9 kW增加到12 kW时，由于功率的增加提升了夹杂物形成元素的去除效率，限制夹杂物生长所需的元素含量、降低夹杂物的形成温度从而缩短其生长温度区间。此外，由于冷速变化较小导致夹杂物的生长时间较短，夹杂物尺寸减小。而当功率从12 kW增加到15 kW时，O和N含量降幅较小而熔体冷速的降幅较大，导致夹杂物的生长时间延长。这降低了杂质元素含量去除所带来的影响，夹杂物尺寸增大。

2024, 45 (4): 47-54. DOI:10.20057/j.1003-8620.2024-00117

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形参数对GH500高温合金热变形行为的影响

伏浩, 王旻石, 代朋超

摘要（101）

PDF （12050KB）（12）

采用Thermecmastor-Z热模拟试验机，设置不同变形温度、应变速率等参数进行热压缩试验，结合应力应变曲线和金相组织进行分析，系统研究GH500高温合金高温热变形行为及组织形貌演变规律。结果表明：应力应变曲线呈现出加工硬化、动态回复和动态再结晶特点，应力随变形温度的降低和应变速率的升高显著增加。应变速率为1 s ^-1，随着变形温度的提升，合金的微观组织由变形晶粒加细小团簇的晶粒演变成完全再结晶晶粒。当变形温度≥1 130 ℃，随着应变速率的提升，合金的动态再结晶晶粒体积分数及尺寸明显增加。变形温度1 180 ℃、应变速率1 s ^-1，合金动态再结晶充分、无变形晶粒，晶粒细小均匀。根据热压缩试验得到的应力应变曲线和组织演变规律，摸索出合适的模锻工艺，加热温度1 130~1 150 ℃、压下速度10~15 mm/s，锻造过程应变速率为0.04~0.06 s ^-1，生产出的圆饼合金晶粒基本均匀，圆饼合金经标准热处理后室温拉伸、硬度及高温持久性能满足标准要求。

2025, 46 (3): 102-105. DOI:10.20057/j.1003-8620.2024-00270