GH536合金管材“白圈”现象原因分析

GH536合金是主要用铬和钼固溶强化的一种含铁量较高的镍基高温合金，适用于制造航空发动机的火焰筒、燃烧室部件和其他高温部件。用GH536合金制造的管子主要用于航空发动机的燃油总管或分油管。
某批管子规格为Φ8.3mm×2.3mm，经复验管子性能测试合格，晶间腐蚀合格，晶粒度8～7.5级，符合标准要求。但发现管子外壁出现“白圈”现象。
科研人员对发现“白圈”的管子取样进行组织分析。在较低倍数下观察，管材边缘存在白亮层，放大观察发现管材外壁析出相较基体少，而且外壁晶粒大于基体晶粒。与合格管材组织对比，发现有“白圈”的管子基体组织晶粒细小，小的析出相明显多于合格管材，大的析出相与合格管材相当。
将该批管材分别在1130、1150、1190℃三个固溶温度下进行热处理，保温12min，水冷。通过对比发现，固溶温度越高，析出相越少。1150℃晶粒无明显长大，1190℃时晶粒明显长大。
通过组织分析可以看出，“白圈”组织中可见少量的析出相和晶界，但与合格管材组织对比属正常组织。也就是说基体组织为不正常组织，表现在晶粒细小、析出相多，反衬管子外壁出现白圈，产生“白圈”的实质是管壁组织不均匀。
GH536合金管材的标准热处理制度为1130～1170℃，快冷；保温时间≤30min。该批管子采用1130℃×10min固溶处理，管坯经多道次轧制，每轧制一次，固溶一次，累计变形量较大。再结晶时加热温度越高，晶粒尺寸便越大，当加热温度一定时，保温时间过长也会使晶粒长大。而该批管子采用标准热处理制度的下限，保温时间10min对于2.3mm厚的管壁有些固溶不充分，所以，晶粒较细。在相对较低的固溶温度下，造成管坯析出相也较多。而管坯在最后一道变形工序是冷拨，管坯预留的冷拔余量一般是一定的，也就是说管子外壁变形量与合格管子差异不大，那么出现问题的是管坯组织。
生产1.0mm厚的管材时保温时间是10min，生产2.3mm厚的管子保温时间仍然选择10min，这会导致厚管子受热不均匀，内部组织固溶不充分，也是造成管子组织不均匀的原因之一。
综上分析认为，管子“白圈”现象的产生是由于管坯在轧制过程中固溶温度低、保温时间短造成基体与外壁组织不均匀所致。对该规格管子，在轧制道次不变，保证合理变形量的前提下，将固溶温度调至1150℃，保温时间20min，管材组织得到了改善，未再出现“白圈”现象。