一、R-26（GH2026/GH26/Refractaloy 26）合金的基本概况与成分设计
R-26合金在国际上通称Refractaloy 26（美国UNS编号K92620，有时误标为K92650），苏联对应牌号为ЭП126（EP126），我国高温合金新牌号体系中编号为GH2026（曾用GH26），属于Fe-Ni-Co-Cr基沉淀硬化型变形高温合金。它是美国在20世纪40年代末至50年代初开发、后经各国工程化完善的中温特种高温合金，设计初衷是专门解决540～677℃（长期推荐540～570℃）工况下大型电站汽轮机、工业燃气轮机高温紧固件所面临的应力松弛（Stress Relaxation）、蠕变变形及长期组织稳定性三大难题——普通铁镍基合金（如A-286/GH2132）在570℃以上抗松弛能力不足，而高镍基或钴基合金成本过高，R-26通过引入高达18%～22%的钴元素配合Fe-Ni-Cr基体走出了一条"高铁节镍+高钴稳γ′相"的独特技术路线，既能获得接近部分镍基合金的中温抗蠕变与抗松弛性能，又比纯镍基或钴基合金大幅节省贵重金属成本，是600MW及以上火电机组高压缸、中压缸高温螺栓及航空发动机高温紧固件的经典选材。
R-26的基体以面心立方结构的奥氏体（γ相）为基体，Fe为余量（约25%～32%），Ni含量控制在35.0%～39.0%，Co含量18.0%～22.0%，Cr含量16.0%～20.0%。这一"Fe-Ni-Co-Cr四元复合基体"中，约37%的镍配合余量铁足以稳定全温区γ奥氏体组织，杜绝中温α马氏体相变；Cr除产生固溶强化外，在表面形成连续致密Cr₂O₃氧化膜赋予合金在蒸汽、燃气及弱腐蚀高温环境中的抗氧化与抗腐蚀能力；Co是该合金的标志性合金化元素——钴在γ基体中产生一定固溶强化，但更关键的作用是降低Ti、Al在奥氏体中的溶解度，迫使更多Ti、Al参与形成γ′-Ni₃(Ti,Al)强化相，同时显著提高γ′相的溶解温度及其对抗Ostwald熟化（粗化）的热稳定性，即提升γ′相在长期高温服役中的尺寸稳定性，这是R-26在540～650℃十万小时级长期应力作用下强度不塌、抗松弛性能优异的根本原因。强化体系采用复合强化路线：Mo（2.50%～3.50%）产生显著的固溶原子尺寸错配畸变场，与Co、Cr共同构成强固溶强化基底，是600～677℃抗蠕变的主要固溶贡献者；Ti（2.50%～3.00%）含量高而Al（≤0.25%）极低，Ti/Al比远大于10，时效过程中主要析出富Ti型γ′相——Ni₃Ti倾向的有序L1₂结构金属间化合物（部分文献称近Ni₃Ti型γ′），这是R-26从室温到677℃范围最主要、体积分数最大的沉淀强化相，通过奥罗万绕过机制及共格应变场阻碍位错运动产生沉淀硬化效果；C含量限制在≤0.08%，形成微量MC型TiC及M₂₃C₆型(Cr,Fe,Mo)₂₃C₆沿晶界析出，起晶界钉扎作用；微量B（0.001%～0.010%）偏聚于晶界，抑制有害低熔点杂质（S、P、Pb、Sn等）的晶界偏聚并促使M₂₃C₆呈离散颗粒状分布，显著降低持久缺口敏感性——R-26几乎无缺口敏感性是其另一突出优点；Si≤1.50%，Mn≤1.00%，P≤0.030%，S≤0.030%，Cu≤0.50%，尽量降低夹杂及σ相等TCP（拓扑密排）相的过早析出倾向，R-26在使用温度范围内经长期时效或长期应力时效后基本不析出σ相、Laves相或μ相等TCP有害相，表现出极佳的长期组织稳定性。
典型质量分数化学成分归纳如下（GB/T 14992及AMS 5700系列参照）：
C ≤0.08%，Cr 16.0～20.0%，Ni 35.0～39.0%，Co 18.0～22.0%
Mo 2.50～3.50%，Ti 2.50～3.00%，Al ≤0.25%，Fe 余量
B 0.001～0.010%，Si ≤1.50%，Mn ≤1.00%
P ≤0.030%，S ≤0.030%，Cu ≤0.50%
R-26的物理常数：密度约8.20～8.25 g/cm³，熔点区间约1320～1370℃（液相线约1370℃），无磁性（奥氏体基），20℃弹性模量约221 GPa（600℃降至约174 GPa，700℃降至约169 GPa），居里温度以下无铁磁性转变，20～700℃平均线胀系数约(14.9～15.8)×10⁻⁶/K（低于纯铁基合金GH36，热匹配性较好），20～800℃热导率范围约11.7～22.3 W/(m·K)，20℃电阻率约1.057 μΩ·m，700℃升至约1.246 μΩ·m。
二、显微组织、强化机理与综合力学性能
R-26经正常冶炼（通常采用真空感应熔炼＋电渣重熔VIM＋ESR或真空感应＋真空自耗重熔VIM＋VAR以保证高纯净度，尤其控制S、P、O、N及低熔点痕量元素Bi、Pb、Sn）及热变形后，供货状态为单一奥氏体组织上分布极少量沿晶一次碳化物（主要为TiC及微量M₂₃C₆）。经标准固溶＋双级时效热处理后，基体上弥散析出球状或略立方状γ′相（Ni₃(Ti,Al)近富Ti型），尺寸通常在15～50 nm范围，体积分数约8%～12%，与基体保持共格或半共格关系，通过奥罗万绕过机制及共格应变场阻碍位错运动产生显著沉淀硬化效果；Co的加入使γ′相反相畴界能（APBE）提高、Ti在基体中溶解度降低，γ′相析出量增加且其粗化激活能提高，在600～650℃长期保温时γ′相尺寸增长极为缓慢——这是R-26抗长期应力松弛的核心微观机制；Mo与Co原子固溶于γ基体造成晶格畸变叠加效应，增加位错运动摩擦阻力（固溶强化），并与γ′相协同大幅提升高温蠕变抗力；M₂₃C₆型碳化物沿原始奥氏体晶界呈断续链状分布，适量晶界碳化物钉扎晶界抑制高温蠕变中晶界滑移，B的晶界偏聚促使M₂₃C₆呈离散颗粒而非连续网膜，消除缺口敏感性。需注意R-26在长期时效（600～677℃×10000 h以上）过程中基本不析出σ相、Laves相或μ相等TCP相，但在服役数万小时后个别区域可能出现γ′相局部条带状析出（与锻造流线及晶界Ti偏聚有关），可通过恢复热处理（重新固溶＋时效）予以消除恢复性能，这是该合金可修复再生的工程优势。若终锻温度过低或变形量不足会产生混晶，对低周疲劳性能不利，生产中需控制锻造工艺（开锻1100～1150℃，终锻≥950℃）。
R-26标准热处理制度较为特殊，采用固溶＋中间处理（或水冷）＋双级时效工艺：
固溶处理：(1025±10)℃保温1～1.5 h，油淬或水冷快冷（充分溶解γ′及碳化物，获均匀奥氏体并消除加工硬化）
中间处理/水冷：815℃±8℃保温16～20 h，水冷（调整晶界碳化物形态、预析出部分γ′控制后续尺寸分布，部分规范直接水冷跳过单独中间时效而以最终双级时效替代，但经典Refractaloy 26标准为815℃×20h WQ）
二级时效：(730±10)℃保温20 h，空冷（促使γ′相弥散析出获峰值强度与最佳抗松弛匹配）
经上述标准热处理（1025℃×1h OQ/WQ＋815℃×20h WQ＋730℃×20h AC）后的典型棒材/锻件力学性能为：室温抗拉强度Rm ≥ 1030～1140 MPa（实测常达1100～1200 MPa），屈服强度Rp₀.₂ ≥ 690～750 MPa（部分文献记载可达760～800 MPa），延伸率A ≥ 20%～31%，断面收缩率Z ≥ 35%～48%，室温冲击吸收功AKv ≥ 40～55 J/cm²，硬度HRC 26～35。中温性能：550℃时Rm ≥ 960～988 MPa，A ≥ 22%～24%；600℃时Rm ≥ 920～950 MPa；650℃时Rm ≥ 860～890 MPa，A仍可达35%～40%；677℃时Rm约750～800 MPa。持久与抗松弛性能方面，570℃、100 h持久断裂强度约480～520 MPa，540～570℃十万小时应力松弛率显著低于A-286（GH2132）——典型汽轮机螺栓在540～565℃蒸汽环境中初紧应力250～300 MPa下，运行10万小时后残余预紧力保持率可达65%～75%，满足DL/T 439等标准要求。短时最高可耐受至700～750℃（瞬时拉伸），但长期推荐使用温度不高于570℃，超过650℃后γ′相逐渐粗化且抗松弛性能下降明显。
抗氧化及耐腐蚀性能：由于含16%～20% Cr，在570℃以下蒸汽及常规燃气环境中表面生成稳定致密Cr₂O₃膜，650℃×100 h氧化速率约0.05～0.10 g/(m²·h)，属抗氧化级别；在含硫烟气或海洋盐雾＋高温联合环境中Cr₂O₃膜可能受破坏，不建议无防护长期用于高硫高湿海洋大气高温工况。R-26在过热蒸汽（最高至570～600℃）、CO₂及弱酸碱工业介质中具良好耐受性，耐水介质应力腐蚀开裂性能优于部分高强马氏体耐热钢。
工艺性能方面，R-26热加工塑性良好但对加热温度敏感，开锻/开轧温度通常为1100～1150℃，终锻温度不低于950℃（过低开裂风险，过高致晶粒异常长大），适宜锻造、轧制、挤压制成棒材、饼坯、环件，特别适合冷拔精制螺栓杆部（固溶态冷拉后需重新时效或整体固溶＋时效处理）；焊接性能较差——R-26对焊接热裂纹（结晶裂纹）较敏感且焊缝及热影响区γ′相易过度长大或失强，一般不建议作为焊接结构主材，若必须焊接推荐采用惰性气体保护焊并使用同质焊丝，焊后必须进行完整固溶＋双级时效恢复性能，重要承力紧固件通常不焊接而采用整体锻造＋机加工；切削加工性类似其他高强度沉淀硬化高温合金，时效硬化态切削力大，建议硬质合金刀具、较低切削速度、充分冷却润滑，退火或固溶态较易粗加工。
三、工程应用领域、使用限制与发展方向
R-26合金最典型的应用场景集中在540～670℃承受高初始预紧应力、长期热暴露并要求极低应力松弛的高温紧固连接与弹性密封元件，具体包括：
电力能源领域：300MW、600MW、1000MW亚临界/超临界/超超临界火电机组汽轮机高压缸和中压缸的高温螺栓（主汽门螺栓、缸体法兰螺栓、调节阀螺栓）、汽封弹簧片、密封环、定位销等，在540～570℃过热蒸汽环境中可安全工作10万～15万小时，是我国及国际大型电站汽轮机高温紧固件的主流选用材料之一；工业燃气轮机及余热锅炉高温法兰紧固件。
航空宇航领域：航空涡喷/涡扇发动机650℃以下工作的高温螺栓、螺柱、锁紧垫片及弹性密封环，多用于压气机后段及涡轮外围静止件连接（转动件较少使用因密度较镍基合金无优势）；国外部分老旧型号涡桨发动机也曾用于涡轮盘螺栓。
石油化工与核电：炼油厂加氢裂化装置高温法兰螺栓（注意介质中H₂S环境需评估氢脆敏感性）、化肥装置合成塔高温螺栓、核电站常规岛主蒸汽系统高温紧固件（需符合核级纯净度及辐照评估要求）。
特种装备：高速柴油机增压器高温螺栓、高温试验台架加载螺栓及夹具等。
使用限制主要有四点：第一，推荐长期工作温度不高于570℃，540～570℃为最佳抗松弛区间，600～650℃可短期（数千小时级）工作但应力松弛率升高明显，677℃为短时上限，禁止长期超温至700℃以上使用；第二，焊接性较差，一般不推荐焊接承力结构，重要紧固件应为整体锻造毛坯机加工而成；第三，密度（8.2 g/cm³）高于普通钢，旋转件需注意离心载荷；第四，长期（＞30000～50000 h）在600～650℃服役可能出现局部γ′条带及晶界Ti偏聚导致韧性微降，但无TCP相析出，可通过恢复热处理再生性能，工程中对此需建立螺栓在役检测与恢复热处理制度。
发展方向方面，当前R-26的研究与应用主要在以下维度推进：一是通过三联工艺（VIM＋ESR＋VAR）进一步提升冶金纯净度，将S、O、N降至极低水平（S≤0.005%，O≤15 ppm），以改善高周疲劳与缺口持久性能，满足新一代超超临界机组（570～600℃蒸汽温度）对螺栓更长寿命的要求；二是探索优化热处理制度——针对大规格螺栓（直径≥M64）研究固溶温度梯度、815℃中间处理时间压缩及730℃二级时效调整，或试验三段时效以进一步优化γ′尺寸分布及晶界M₂₃C₆形态，在保证抗松弛前提下提升大截面淬透性与心部性能均匀性；三是开展微合金化研究（复合添加微量Mg、Ce、Zr或精确控制B上限）进一步净化晶界、改善碳化物沿晶分布，降低大规格螺栓截面偏析敏感性；四是发展R-26螺栓在役恢复热处理技术规范（依据DL/T标准及实际金相检测判定是否需要重新固溶＋双级时效），通过恢复热处理消除长期服役产生的γ′条带粗化及晶界偏聚，延长高价值大螺栓的使用周期，这在现役电厂延寿改造中已有工程实践。
总结
R-26（Refractaloy 26，GH2026/GH26，ЭП126）是我国广泛引进消化并工程化应用的Fe-Ni-Co-Cr基沉淀硬化变形高温合金，以Fe为余量（约25%～32%）、Ni 35%～39%、Co高达18%～22%、Cr 16%～20%，通过Mo（2.5%～3.5%）固溶强化与高Ti（2.5%～3.0%）低Al形成的富Ti型γ′相（Ni₃(Ti,Al)）沉淀强化相配合，Co元素独特地降低Ti/Al在基体中溶解度并显著提高γ′相热稳定性，使合金在540～570℃长期应力下具有卓越的抗蠕变与抗应力松弛能力且无缺口敏感性、长期时效不析出TCP有害相，是典型的高性价比中温抗松弛专用高温紧固件材料。标准热处理为1025℃固溶快冷＋815℃×20h水冷＋730℃×20h空冷双级时效，经标准热处理后室温抗拉强度≥1030 MPa（典型1100～1140 MPa）、屈服强度≥690 MPa、650℃抗拉强度≥860 MPa，540～570℃十万小时应力松弛率低、持久性能满足汽轮机高温螺栓规范要求。其主要应用于大型火电机组汽轮机高温缸体法兰螺栓、汽封弹簧片、密封环，航空发动机高温静止件螺栓及工业燃气轮机高温紧固件，使用中需注意长期推荐温度≤570℃、焊接性差及大规格螺栓需控制淬透性与恢复热处理制度。与GH2132（A-286，600℃级γ′强化铁镍基但无Co、抗松弛较弱）相比耐温高约30～50℃且抗松弛远优；与GH130（GH2130，800℃级含W铁镍基）相比使用温度低但抗应力松弛及长期组织稳定性更适配紧固件工况；与Inconel 718（GH4169，650～700℃级）相比成本更低且在540～570℃抗松弛性能相当甚至略优（无δ相时效脆性顾虑），是600℃以下重大装备高温紧固件不可替代的经典铁镍钴基合金。
微信扫一扫
全部评论