固溶热处理对GH3535合金组织和性能的影响

熔盐堆（moltensaltreactor，MSR）因其固有的本征安全性和高的热效率等优点受到越来越多研究者的关注。在熔盐堆中，包括压力容器、热交换管等在内的结构材料处于熔盐腐蚀、高温和辐照交互作用的苛刻环境之下，因此结构材料是熔盐堆研发过程中的一个非常突出的技术难题。20世纪60年代橡树岭国家实验室专门为熔盐堆研发过一种固溶强化的Ni-17Mo-7Cr基高温合金（HastelloyN/GH3535），该合金能够基本满足熔盐堆结构材料在抗熔盐腐蚀和强度方面的要求。

众多研究发现该系列合金的性能与合金中的晶粒尺寸和碳化物数量密切相关，控制合金的晶粒尺寸和M6C碳化物的数量对合金性能至关重要。改变合金中Si、C等元素可以调整合金的晶粒尺寸和M6C碳化物的数量。然而固溶热处理可以在不改变合金成分的前提下实现上述目标，以达到合金性能的优化。因此，科研人员以热轧态GH3535合金作为合金对象，系统地研究不同的固溶热处理温度和时间对GH3535合金组织和性能的影响。

研究中用GH3535合金的化学成分（质量分数，%）为：Ni70.56，Mo17.34，Cr7.01，Fe3.92，Mn0.6，Si0.45，Al0.021，Ti0.002，Co0.004，C0.055。该合金采用真空感应熔炼成20kg的铸锭。将铸锭锻造成30mm×30mm矩形截面的棒材，然后再轧成直径16mm的圆棒材。对热轧态合金进行固溶热处理，条件分别为1177℃，20min；1177℃，40min；1177℃，60min；1220℃，40min和1260℃，40min。固溶处理过程是先将炉温升至目标温度，随后放入试样，保温预定时间后，取出样品进行水淬。对固溶热处理后的样品进行金相制样，利用AZtec分析软件对EBSD数据进行分析，以获得合金组织中的M6C碳化物的面积分数和晶粒尺寸，并进行性能测试。试验结果如下：

（1）热轧态GH3535合金经过固溶热处理后碳化物数量与晶粒尺寸同时发生变化，碳化物抑制晶粒长大。随着固溶温度从1177℃增加到1260℃，晶粒尺寸显著增加，碳化物数量显著减少并由链状分布转为弥散分布；在固溶温度1177℃随着保温时间20min增加到60min，在20min前合金发生完全再结晶，碳化物数量没有明显变化，超过40min后晶粒尺寸没有显著改变，但碳化物数量开始减少。

（2）合金的硬度和拉伸强度在1177℃随着保温时间增加而降低，保温20min后其随保温时间变化趋于平缓；随着固溶处理温度从1177℃增加到1260℃，合金的硬度和抗拉强度逐渐降低。

（3）晶粒尺寸和碳化物数量协同影响合金断裂延伸率。合金延伸率在1177℃随着保温时间增加而增加，保温40min后其随保温时间变化趋于平缓；随着固溶处理温度从1177℃增加到1260℃，合金的延伸率逐渐增加。