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GH3230 高温合金综合指南

什么是 GH3230 钢？

GH3230 （UNS N06230 / W.Nr.2.4733 / Haynes 230 / Inconel Alloy N06230 / Nickel Alloy 230）是一种镍铬基固溶体增强高温合金，温度范围为 700 °C ~ 1050 °C。该合金含有 22% Cr、14% W、2% Mo，具有高温强度、冷热疲劳性能、优异的微观结构稳定性、抗氧化性和耐高温腐蚀性。在类似物中，与 GH3536 相比，合金的性能得到了显着改善。它们与 GH5188 合金的抗氧化性和蠕变性能相当，合金的微观结构稳定性、抗氧化性和材料成本优于 GH5188 合金。同时，这种合金具有良好的成型工艺性能和焊接性能。

GH3230钢的特点

Haynes 230 的标称化学成分为 57Ni-22Cr-14W-2Mo。当这种合金最初被设计出来时，预计以镍为基本元素的合金在高温机械性能上应接近钴基合金Haynes 188，热稳定性和耐高温环境性应超过哈氏合金。 X. 同时，加工性能应与一般高温合金相当。这种合金的成本低于钴基合金，综合性能可以达到或超过钴基合金。最终，Haynes 230 很好地实现了这个设计目标。
Haynes 230 具有优异的高温强度、优异的抗氧化性、最高的抗氮化性，并且在 1149°C 的温度下长期使用时具有长期热稳定性。这种合金易于成型和焊接，也可以铸造。另一个主要特点是与其他高温合金相比，它具有低热膨胀。此外，即使在高温下长时间运行，也没有明显的长粒现象。其主要特点包括：

首先，GH3230 钢具有良好的耐热性。它可以在高温环境中长期使用，还可以承受高温引起的侵蚀和氧化。这就是 GH3230 钢经常用于航空航天、石化和核工业的原因。 GH3230钢在飞机发动机的高温部件、炼油设备中的炉管、核电站反应堆等中起着稳定可靠的作用。

其次，GH3230 钢还具有优异的耐腐蚀性。 GH3230钢即使在酸、碱、盐等腐蚀性介质中也能保持高耐腐蚀性，不会被侵蚀或损坏。为此，GH3230 钢被广泛应用于化工、海洋工程、食品加工等领域。无论是在化工设备的制造、海上平台的建设，还是食品加工设备的使用，GH3230 钢都能确保设备的长期稳定运行。

此外，GH3230 钢还具有优异的机械性能。它具有高强度和硬度，可以承受较大的负载和压力。为此，GH3230 钢广泛应用于需要高强度的工程领域，例如航空航天飞行器的结构件和汽车发动机的零件。

总之，GH3230 钢因其优异的耐热性、耐腐蚀性和机械性能而成为许多高温和腐蚀性环境的理想材料。其广泛的应用范围使许多工业领域的工程师和科学家受益，并为人类的科技进步和经济发展做出了重要贡献。

GH3230高温合金的化学成分

元素

铬

镍

公司

莫

铝

钛

铁

洛杉矶

四

锰

铜

质量分数/%

0.05 – 0.15

20.00 年 24.00

47.49 – 65.19

≤5.00

13.00 年 15.00

1.00 – 3.00

0.20 – 0.50

≤0.10

≤3.00

0.005 – 0.05

≤0.015

0.25 – 0.75

0.30 – 1.00

≤0.015

≤0.03

≤0.50

GH3230Stil的机械性能

财产

度量

帝国

抗拉强度

806-841

117-122ksi

屈服强度

379-427

55-62 ksi

泊松比

0.31

断裂伸长率

44-48％

弹性模量

167加仑

24200 千斯克西

剪切模量

63加仑

9140 千斯克西

GH3230 钢的物理性能

财产

度量

帝国

密度

8.91 克 / 厘米3

0.322 磅/英寸3

熔点

1360 1410°C

2480 –2570°华氏度

热性能GH3230 钢

财产

度量

帝国

热膨胀
系数（@100°C/212°F）

3.84 微米/米°C

2.13 μ 英寸/英寸°F

GH3230 的材料特性。（a）热物理性质; （b）机械性能

热处理规格

除非另有规定，否则锻造 230 合金应在
固溶热处理条件下提供。该合金在
2150 ~ 2275 °F （1177 °C）下进行固溶热处理，需要淬火或淬火以获得
最佳性能。

在较低温度下退火固
溶热处理温度会产生碳化物沉淀。
230 合金对强度和延展性有轻微影响。
合金。

蠕变强度和断裂强度GH3230 （UNS N06230/W.Nr.2.4733/Haynes 230）

Haynes 230 合金是一种固溶增强材料，在室温下具有优异的高温强度和良好的加工性能。这种合金特别适合在 649 °C 以上的温度下长期应用。根据温度的不同，其使用寿命可以是不锈钢和其他镍基合金的 100 倍。此外，由于其高强度，230 合金的设计比其他合金薄 75%，而不会影响其承载能力。

GH3230 的热变形行为

1）温度和应变率对 GH3230 合金的高温力学性能影响很大。流应力随着变形温度的升高而减小，随着应变速率的增加而增加。

2）温度和应变速率的变化会改变GH3230合金的变形活化能，但对应变速率更敏感。为了减少裂纹的发生，使用 GH3230 合金时应避免高温和大应变率。

3） GH3230 合金的高温断裂是由于损伤而引起的韧性断裂。随着温度的变化，破坏的形式并没有太大的变化。但随着应变率的增加，酒窝的大小和深度会减小。

一般腐蚀GH3230 （UNS N06230/W.Nr.2.4733/Haynes 230））

GH3230 （UNS N06230 / W.Nr.2.4733 / Haynes 230 / Inconel Alloy N06230 / Nickel Alloy 230）该合金在
酸性和碱性环境中均具有很强的腐蚀性和抵抗力，使其非常适合以下应用：
它可以处理其他合金不适用的恶劣环境。还有一些积极点在高达
1200°C 的高温下具有抗氧化性。
它适用于飞机涡轮发动机等高温应用。
工业炉。在这些应用中，其他合金可能无法实现。
它可以应对热负荷而不会迅速变质。

焊接性GH3230 （UNS N06230/W.Nr.2.4733/Haynes 230）

Haynes 230 合金很容易通过钨极气体保护弧（TIG）、气体保护金属电弧（MIG）屏蔽金属电弧（涂层电极）和电阻器进行焊接。焊接技术。焊接性能类似于哈氏合金 X 合金。不建议使用埋弧焊，因为它会向焊缝输入高热量。母材和焊缝缓慢冷却。这些因素会增加焊接约束并促进开裂。
母材的准备
焊接前，必须彻底清洁接合面及其相邻区域。有必要去除所有油脂、油、蜡笔痕迹、硫化合物和其他异物。虽然不是必需的，但最好在焊接时合金处于固溶处理状态。
填充金属的选择
建议将 Haynes 230-W 填充焊丝（AWS A5.14、NiCrWMo-1）用于通过钨极气体保护焊或气体保护金属电弧焊连接 230 合金。 230 W 合金涂层电极也可用于非 ASME 规范结构的屏蔽金属电弧焊。对于 230 合金与镍、钴或黑色金属材料的异种金属粘合，可以使用 230 W 填充丝、Haynes 556 合金、哈氏合金 S 合金（AMS 5838）或哈氏合金 W 合金（AMS 5786， 5787）的焊接产品。根据具体情况，一切都被考虑在内。
预热、通过温度、焊接后热处理
只要要焊接的母材高于 32°F （0°C），通常不需要预热。一般来说，通道之间的温度应该很低。如果辅助冷却方法不会引入污染物，如有必要，可以在焊缝通过期间使用辅助冷却方法。对于 230 合金，通常不需要焊后热处理。

标称焊接参数

提供标称焊接参数作为执行一般任务的指南。这些是基于我们实验室使用的焊接条件。具体如下： GTAW、GMAW、SMAW 焊接。

自动钨极气体保护焊

棱角分明的对接接头 - 不添加填充金属

材质：
厚度

0.040 英寸
（1.0 毫米）

0.063 英寸
（1。 6 毫米）

0.125 英寸
（3.2 毫米）

电流（DCEN），安培

120

电压，伏特

8.5

9.5

行驶速度，英寸/分钟（mm/min）

10
（254）

12
（305）

电极尺寸 – EWTH-2，英寸（mm）

0.063
（1.6）

0.094
（2.4）

0.125
（3.6）

电 Shape

45°
公司

杯

保护气体流量，CFH（升/分钟）

30
（14.2）

气

氩

回气流量，CFH（升/分钟）

10
（4.7）

气

氩

手动钨极气体保护焊

V 形或 U 形槽 - 所有厚度≥ 0.125 英寸（3.6 毫米）

科技

串珠

电流（DCEN），安培

120
条路线， 140-150 次填充

电压，伏特

11 至
14

填充金属

230 W
填充线，直径 0.125 英寸（3.6 毫米）

行驶速度，英寸/分钟（mm/min）

4
~ 6 （102 ~ 152）

电极尺寸 – EWTH-2，英寸（mm）

0.125
（3.6）

电极形状

包括 30°

杯

#8
或更高

保护气体流量，CFH（升/分钟）

30
~ 35 （14.2 ~ 16.5）

气

氩

备用气体流量，CFH（升/分钟）

10
（4.7）

气

氩

预热

无 T > 32°F （0°C）

最高通过温度

212°F
（100°C）

气体保护金属电弧焊

短路传输模式 - 所有厚度≥ 0.090 英寸（2.3 毫米）

科技

纵梁珠或
轻微编织

电流（DCEP），安培

100 到 130

电压，伏特

18 至
21

进给速度，英寸/分钟（m/min）

170
~ 190 （4.3 ~ 4.8）

伸出量，英寸（min）

0.5
~ 0.75 （12.7 ~ 19.1）

填充金属

230 W
填充线，直径 0.045 英寸（1.1 毫米）

行驶速度，英寸/分钟（mm/min）

8
~ 14 （203 ~ 356）

扭矩气体流量，CFPH （LPH）

50
（1416）

气

Ar-25%
He

典型的保护金属电弧焊参数（平面位置）*

电极直径（mm）

近似焊接电压伏特

焊接
电流探头

目的

放大器

范围

放大器

3 / 35（2.4）

22-24

65-70

55-75

1 / 8（3.2）

22-24

90-100

80-100

5 / 32（4.0）

22-25

130-140

125-150

3 / 16（4.8）

24-26

160-170

150-180

机加工GH3230 （UNS N06230/W.Nr.2.4733/Haynes 230）)

Haynes 230 合金具有与其他固溶强化镍基合金相似的加工性能。这些合金被归类为中等到困难的机器。但是，应该强调的是，使用常规方法可以以令人满意的速度加工。由于这些合金会快速加工硬化，因此成功加工的关键是使用比加工不锈钢时更慢的速度和进给量，并进行更重的切削。
使用普通粗加工（车削和端面）硬质
合金 C-2/C-3 材质刀具。

速度： 90 表面英尺/分钟;

进给：0.010 英寸/rpm。

切削深度： 0.150 inch

负前角刀片，45° SCEA（1） 1/32“ 刀尖半径。刀架：5° 负背耙和侧耙。
润滑剂：使用干式（2）、油性（3）或水性（4,5， XNUMX）
精加工（车削和端面）
硬质合金 C-2/C-3 级刀具

速度：95-100 表面英尺/分钟

进给：0.005~0.007 英寸/转。

切削深度： 0.040 inch

正前角尖端，可能，45° SCEA，刀尖半径 1/32”。刀架：5° 正向背耙和侧耙。

润滑剂：干性或水基

使用高速钢 M-33/M-40 系列（6） / 或 T-15 等级进行训练*

速度：每分钟 10~15 表面英尺（直径为 200/1 英寸或更小，最高可达 4 RPM）。

润滑剂：油基或水基。如果可能，使用冷却液提供的钻头和曲轴尖为 135° 的短而重的腹板钻头。由于腹板部分变薄，推力可能会减小。

进给（每 XNUMX 转）0.001
英寸，旋转直径 1/8 英寸。
0.002“ 旋转直径 1/4”。
0.003“ 旋转直径 1/2”。
0.005“ 车削直径 3/4”。
0.007“ 旋转直径 1”

*不推荐使用硬质合金钻头，但在某些设置中可能会使用。
谨慎：

1. SCEA 侧的切削刃角度，或刀具的切入角。

2. 在推荐干切削的任何时候，对刀具进行空气喷射都可以显著延长刀具寿命。水基冷却剂雾也可能有效。

3、机油冷却剂应为含极压添加剂的优质磺化氯化油。 100°F 时的粘度为 50~125 SSU。

4. 水基冷却剂应为水和优质磺氯化水溶性油或含有极压添加剂的化学乳化剂的 15：1 混合物。

5. 水基冷却液会导致硬质合金刀具在间歇切削中崩刃和快速破损。

6. M-40 系列高速钢在撰写本文时包括 M-41 至 M-46，但可能会添加其他材料，并且也应适当使用。

GH3230 （UNS N06230/W.Nr.2.4733/Haynes 230）钢的应用

GH3230 高温合金广泛应用于航空航天、石化、能源和核工业。

航空航天领域是 GH3230 高温合金的主要应用领域之一。在航空航天领域，GH3230高温合金广泛用于制造燃气轮机叶片、涡轮叶片、燃烧室、喷嘴、发动机油箱、涡轮排气管、涡轮中间壳等高温零件。高温强度和抗氧化性 GHXNUMX 高温合金可承受高温高压工作环境，确保航空航天飞行器高效、稳定、安全运行。

石油化工也是 GH3230 高温合金的重要应用领域之一。在石化行业，设备通常需要在高温、高压和腐蚀性环境中制造。 GH3230 高温合金是该设备的 XNUMX 种最佳材料之一。广泛应用于蒸馏塔、反应器、换热器、管道、储罐等化工设备的生产。 GHXNUMX 高温合金具有良好的耐腐蚀性，能抵抗多种酸性和碱性介质的侵蚀，并具有良好的抗蠕变性和疲劳强度，使其即使在恶劣的工作环境中也能长期稳定工作。

能量场也是 GH3230 高温合金的应用领域之一。在能源领域，GH3230高温合金广泛用于生产高温高压设备，如石油化工设备、天然气处理设备、核电站反应堆部件等。 GH3230 高温合金的高温强度和抗氧化性可以承受高温和高压的工作环境，确保能源设备的高效运行、安全可靠。

GH3230合金冷轧板热处理工艺研究

GH3230 合金是一种镍基高温合金，含有 W 和 Mo 元素作为固溶强化，碳化物作为 1.5 相强化。本文研究了 GH3230 合金 1180 mm 冷轧板在不同温度下固溶处理后的显微组织和精细硬度。研究了不同固溶体体系中微观结构和性能的演变，并开发了合适的热处理体系。因此，它在 1180°C~1240°C 下风冷 10 分钟。

GH3230 合金是一种镍基高温合金，含有 W 和 Mo 元素作为固溶强化，碳化物作为 XNUMX 相强化。源自 Ni-Cr-Mo-W 合金体系的固溶增强镍基合金。合金中的 Ni 元素提供了稳定的奥氏体基体，Cr、Mo、W、C、B 的加入提高了合金的高温强度和耐腐蚀性。当加入 W 元素含量进行有效的固溶强化时，加入 C 促进富 Cr M 的形成23C6 硬质合金，M23C6 它在奥氏体基体中沉淀碳化物并退火双边界钉扎位错，以提高合金的蠕变强度。在合金中加入 La 以提高抗氧化性，B 的晶界强化使合金具有良好的强度、热稳定性和耐腐蚀性。电阻。这种合金膨胀系数小，零件的热应力小，易于加工和焊接。在氧化气氛下长期使用温度可达1150°C。目前，国内产品以冷轧板为主。在本文中，合金的热处理是指冷轧后的固溶处理。在本文中，我们研究了 GH3230 合金在固溶处理过程中微观组织和性能的变化，并根据这些规则确定了合适的热处理系统。

1. 实验材料

实验材料是富冈市的真空感应炉冶炼电极。 3230 级换向磨机经过电渣重熔、锻造和开孔后生产出第一批 GH6 板材（炉号：61164D1.5）。实验前的板条件是 1 mm 的冷轧板。化学成分如表 XNUMX 所示。

2. 实验结果和讨论

首先，在 3230-900°C 下保持 1240 分钟后，GH10 冷轧薄板在静态再结晶过程中研究了其微观组织和细小硬度; 然后在 1120~1240°C 的温度范围内测试机械性能。根据上述实验结果，确定了合金的热处理体系。
2.1 合金基体再结晶行为及晶粒生长趋势研究
将 1.5 mm 厚的冷变形硬化板在不同的固溶温度下保持 10 分钟，然后用空气冷却后，发生基体回收和再结晶。通过金相观察和硬度测试分析合金基体的回收率和再结晶性。结果如表 2、图 1 和图 2 所示。
表 1 实验材料的化学成分

锰

四

铝

铬

莫

铜

0.092

0.59

0.32

0.3

21.73

13.85

1.72

0.015

0.088

0.59

0.3

0.33

铁

公司

钛

洛杉矶

镍

0.0085

0.32

0.08

0.05

0.019

0.001

0.006

Bal.

表 2 GH3230 合金各种固溶处理中的晶粒尺寸和显微硬度

处理状态

恢复到重结晶状态

平均粒径/μm

高压

冷轧状态

900°C

恢复

343

950°C

Equiaxial Appearance Crystal （等轴外观晶体）

292

1000°C

等轴晶体增加

288

1050°C

基本完全重结晶

251

1100°C

完全重结晶

235

1120°C

229

1140°C

222

1150°C

244

1160°C

222

1170°C

粮食生长阶段

239

1180°C

241

1190°C

238

1200°C

244

1210°C

234

1220°C

248

1230°C

颗粒生长明显

231

1240°C

205

从表 2、图 1 和图 2 中可以看出，随着固溶温度的升高，厚度为 1.5 mm 的冷轧板的微观结构演变经历了以下 1100 个阶段：在第 950 阶段，冷轧板的静态再结晶从 1100°C 开始，温度范围低于 1°C。重结晶逐渐增加，在 1100°C 时完成重结晶。在这个过程中，由于再结晶的软化效应，板材的硬度大大降低，降解过程如图 1220 所示。第二阶段，在 1220 °C ~ 1220 °C 的温度范围内，合金片具有完整的等轴晶体结构。如图 6 所示，微观结构随温度的升高而演变主要表现为重结晶后粒径的增加。在此温度范围内，板的硬度保持恒定，并显示了该温度范围内静态再结晶的软化效果。在固溶体温度范围内得到充分证明，可以达到相同的效果。相比之下，此温度范围内的静态再结晶过程具有不同的晶粒尺寸。在 XNUMX 阶段，在 XNUMX °C 及以上加工后，颗粒的生长速度会明显增加，粒度会保持良好的均匀性，板材的硬度也会大大降低。在 XNUMX °C 以上的温度范围内，存在与再结晶行为不同的软化机制。这可能是初级 MXNUMXC 碳化物在合金中的大量溶解。
基于以上分析可以看出，冷轧板在1100 °C固溶后可以去除冷变形组织并软化基体。因此，板的软化退火温度可以选择在 1100°C 以上。从固溶处理后控制晶粒尺寸的角度来看，片材的最终固溶处理温度在 7°C ~ 1180°C 的温度范围内约为 1220 个稳定的晶粒，得到 6.5 ~ 5 个晶粒。可在1220°C~1240°C的温度范围内获得。

图1 GH3230合金板在不同温度下固溶处理后晶粒尺寸和显微硬度的变化2.2 合金
固溶处理体系的测定
在 1180°C 至 1230°C 的温度范围内，进行了固溶处理实验，其中合金保持 10 分钟并用空气冷却。测试了合金的室温拉伸性能和 927 °C/62 MPa 的应力断裂性能。结果如表 3 所示。可以看出，随着固溶温度的升高，合金的屈服强度和抗拉强度逐渐降低，伸长率逐渐增大。 GH3合金固溶处理后，3230°C/927MPa的断裂寿命随着固溶温度的升高而逐渐增加，断裂伸长率随固溶温度的变化不大。换言之，在62°C~1180°C的固溶温度范围内，合金在室温下的拉伸性能和在1230°C/927MPa时的应力断裂性能可以满足强度技术条件的要求。
根据上述实验结果和GH3230合金的技术协议，GH3230合金板固溶处理温度的下限为1180°C是合理的。在实际生产允许的条件下，通过提高固溶体温度可以获得更好的性能。

3. 总结

1）GH3230合金的再结晶起始温度为950°C，全再结晶温度为1100°C。合金的再结晶晶粒在 1100 °C ~ 1220 °C 的温度范围内随温度的升高而缓慢增加。当温度超过 1220 °C 时，颗粒迅速生长。

2）GH3230合金的固溶处理系统：对于本实验中的1.5mm冷轧板，在1180°C~1240°C下风冷10分钟，可获得均匀适宜的晶粒组织，满足综合性能的技术要求。

图 2 GH3230 合金在不同固溶温度处理后的金相观察
（a） 900 °C、（b） 950 °C、（c） 1050 °C、（d） 1100 °C、（e） 1200 °C、（f） 1240 °C。
表3 GH927合金在室温下的拉伸性能和不同固溶温度下62 °C/3230 MPa的应力断裂性能

固体熔化温度/°C

拉伸强度/MPa

屈服强度/MPa

伸长率 A5/%

应力断裂寿命/h

耐久伸长率/%

1180

915

425

49.5