固溶热处理对高温气冷堆用800H合金锻件组织

固溶热处理对高温气冷堆用800H合金锻件组织

和力学性能的影响

李爱文 冉熊波 赵晓光 田源 何磊

贵州航天新力科技有限公司 贵州 遵义 563000

摘要：本论文研究了固溶热处理参数对800H的组织及力学性能的影响。结果表明，随着固溶温度的提高，合金组织中的碳化物数量明显减少，由聚集分布向独立的颗粒状转变。随着固溶温度的升高，800H合金室温及600℃拉伸强度均呈现下降趋势，尤其以600℃时屈服强度下降最为明显。

关键词：800H合金锻件  固溶处理  晶粒  力学性能

1 引言

我国双碳目标的提出，使得能源领域在需求侧迎来了历史性的机遇，光伏、水电、风电以及核电行业得到了充足的发展。核电因其绿色、高效的特性，是一种具有成本竞争力的低碳发电能源解决方案。高温气冷堆核电站关键部件所用材料要求具有优异的耐高温性能，选定的800H材料核心锻件依赖进口。固溶处理对800H合金的组织和力学性能有着至关重要的影响[1,2]。本文通过研究不同固溶热处理制度下800H合金的微观组织和力学性能演变，为后续800H的生产和应用提供一定的理论依据。

2 实验材料和方法

2.1 实验材料

本论文中的原材料经真空感应+电渣重熔双联工艺制备，然后经过开坯、锻造成55×85×140 mm的方形锻件，其主要化学元素成分如表1所示。

表1  800H合金化学成分

2.2 实验方法

将锻件放入电炉中按照不同的热处理参数进行固溶处理，固溶处理之后，均采用水冷至室温，具体固溶温度探索制度为： 1100℃/1h、1120℃/1h、1150℃/1h、1180℃/1h。在CTM405万能力学试验机上进行力学性能测试，对合金进行室温和600℃高温拉伸性能测试。利用Axio Vert A1和ZEISS EVO®MA and LS Series 扫描电子显微镜进行微观组织观察和分析。

3 实验结果与分析

3.1 固溶温度对800H合金组织的影响

固溶温度对800H合金组织的影响如图1所示，经1100℃/1h和1120℃/1h固溶处理后，合金晶界和基体仍然存在大量的碳化物；当温度固溶温度提高到1150℃时，合金基体上的碳化物基本全部溶解；随着固溶温度进一步提高到1180℃，合金中的碳化物基本全部溶解，同时，部分晶粒中还出现孪晶。

图2为不同固溶温度下800H合金析出相的特征，固溶处理之后，合金中主要存在两种相：一种是细小白色颗粒的M23C6型碳化物，数量较多，主要在沿着晶界分布；另一种是较大的黑色块状Ti（C，N）相，数量较少，主要分布在晶粒内部和晶界上[3]。随着固溶温度的升高，高温促使合金中的碳化物发生回溶，合金晶界位置的M23C6型碳化物和Ti（C，N）相明显减少。

图1  800H合金在不同温度固溶处理后的显微组织：

（a）1100℃/1h；（b）1120℃/1h；（c）1150℃/1h；（d）1180℃/1h

图2  固溶温度对800H合金析出相的影响：

（a）1100℃/1h；（b）1180℃/1h

3.2 固溶温度对800H合金力学性能的影响

固溶温度对800H合金室温及高温拉伸性能的影响如图4所示，随着固溶温度的升高，合金的室温及600℃时的抗拉强度、屈服强度均呈现出下降趋势，其中，屈服强度的降低幅度最为明显，600℃时屈服强度由233MPa下降到159MPa，下降幅度可达29%。

图4  固溶温度对800H合金室温及高温拉伸性能的影响：

（a）室温；（b）600℃

4结论

（1）固溶处理之后，锻态800H合金的平均晶粒尺寸增大，随着固溶温度的升高，由聚集分布向独立的颗粒状转变，当温度升高到1150℃后，合金中的碳化物基本回溶；

（2）随着固溶温度的升高，合金的室温及高温的抗拉强度、屈服强度均呈现出下降趋势，高温屈服强度最大下降幅度可达29%；

参考文献：

［1］Natesan K，Shankar P S，Uniaxial creep response of alloy 800H in impure helium and in low oxygen potential environments for nuclear reactor applications ［J］. Journal of Nuclear Materials，2009，394 (1) :46-51 ．

［2］汤文新，陈继志．Incoloy 800H 的开发［J］.材料开发应用，2000,15(4) : 10-13.

［3］黄燕，戴起勋，李冬升，等．固溶处理对800H合 金组织和硬度的影响[J].金属热处理，2021（37）3:73