GH2761高温耐蚀合金锻棒 退火态光圆 燃气轮机中温承力件及高温紧固件用料

一、GH2761合金（Fe-Ni-Cr基γ′沉淀硬化高温合金／国产Nimonic 101类）概述与化学成分

GH2761合金（曾用代号GH761，对应前苏联ЭИ761近似，西方最接近参照为Nimonic 101理念——Fe-Ni-Cr基高Al/Ti γ′强化变形高温合金，UNS无完全对应但成分理念近A-286改良高强版即JIS NCF751/SUH660族高强变体）是GB/T 14992《高温合号》及HB/Z 140规定的Fe-Ni-Cr基沉淀硬化型变形高温合金，使用温度上限750℃（长期推荐≤650～700℃承载，短时可达815℃非承载抗氧化）。该合金由钢铁研究总院在A-286（GH2132）基础上大幅提高Al（1.4～1.85%）、Ti（3.2～3.65%）含量并控制Al/Ti比（≈0.42～0.50），加入W（2.8～3.3%）和Mo（1.4～1.9%）进行固溶辅助强化，通过时效析出体积分数约15～18%的γ′-[Ni₃(Al,Ti)]相（L1₂有序结构）获得比GH2132（A-286）显著更高的室温及650～750℃屈服强度和蠕变断裂性能，保持Fe-Ni-Cr基合金的热加工性和相对低成本（Ni≈43%低于IN718的≈52%，Fe≈余量38%）。与GH2901（Incoloy 901，Ti≈3% Al≤0.35% γ′中等体积分数）相比GH2761 Al含量提高到1.4～1.85%使γ′相数量及反相畴界能更高，室温屈服可达810～900 MPa（GH2901≈760～860 MPa）且750℃强度保持更好；与GH4169（IN718，γ″-Ni₃Nb主导）相比GH2761使用温度上限略低（IN718可达650～680℃相当但GH2761在700～750℃仍有 usable强度而IN718急剧降），但GH2761不含Nb避免Laves相偏析敏感且热加工窗口更宽。该合金典型供货形态为圆饼、环坯、盘形锻件、环形件、锻棒及热轧棒——主要用作航空发动机涡轮盘、压气机盘、鼓筒、涡轮机匣、篦齿环及高温紧固件。

典型熔炼采用VIM＋ESR（真空感应＋电渣重熔）或VIM＋VAR（真空自耗）双联/三联工艺保证低S（≤0.008%）、低气体及夹杂物评级达标。推荐标准热处理分两种：①非转动件（热轧棒、环轧件、一般锻件）——1090℃±10℃×2h水冷＋850℃±10℃×4h空冷＋750℃±10℃×24h空冷（三级处理获峰值γ′强化）；②转动件用锻棒/盘件——1120℃±10℃×2h水冷（稍高固溶温使γ′完全回溶获均匀晶粒）＋850℃×4h AC＋750℃×24h AC。使用温度－196℃（液氮适用）～＋750℃（长期承载≤650～700℃，短时抗氧化至815℃），在900℃以下燃气气氛抗硫化物腐蚀及抗应力腐蚀性能良好。

GH2761典型熔炼化学成分（wt%，符合GB/T 14992、HB/Z 140及航标技术协议要求）如下：

镍（Ni）：42.00～45.00（典型43.0～44.0，奥氏体稳定＋γ′形成基体）

铁（Fe）：余量（典型36.0～38.5，Fe-Ni-Cr基，调CTE接近钢并降本）

铬（Cr）：12.00～14.00（典型12.5～13.5，抗氧化及弱耐蚀）

钛（Ti）：3.20～3.65（典型3.35～3.50，主γ′形成元素，与Al协同）

铝（Al）：1.40～1.85（典型1.55～1.70，协同Ti形成γ′，控制Al/Ti≈0.42～0.50获强韧性）

钨（W）：2.80～3.30（典型3.00～3.15，固溶强化提升抗蠕变）

钼（Mo）：1.40～1.90（典型1.60～1.80，固溶强化）

碳（C）：0.02～0.07（优质级≤0.04，极低防晶界M₂₃C₆连续膜损持久）

硼（B）：≤0.015（典型0.008～0.012，晶界净化及强化）

铈（Ce）：≤0.030（典型≤0.020，稀土微合金化净化晶界）

锰（Mn）：≤0.50（典型≤0.30）

硅（Si）：≤0.40（优质级≤0.25）

磷（P）：≤0.020（优质级≤0.015）

硫（S）：≤0.008（优质级≤0.005）

铜（Cu）：≤0.20（杂质上限）

钴（Co）：≤1.0（计入Ni或不计，非合金化）

二、物理—力学性能、高温特性及加工热处理工艺

物理与基本力学性能：固溶退火态室温典型物理参数为密度8.05～8.15 g/cm³（典型8.10），熔点范围1325～1345℃（液相线≈1345℃），弹性模量E＝196～207 GPa（21℃典型200 GPa；200℃≈183 GPa，500℃≈168 GPa，650℃≈158 GPa，800℃≈146 GPa），切变模量G≈78 GPa（200℃），泊松比ν≈0.30～0.31，热导率13.3～28.7 W/(m·K)（300～900℃范围），线膨胀系数(20～100℃)12.6×10⁻⁶/K，(20～800℃)约15.7×10⁻⁶/K（接近30CrMo热强钢便于异种材料连接），电阻率≈1.19 μΩ·m，室温微铁磁性（居里点Tc≈350～400℃，固溶态弱磁时效态略强但仍非完全无磁——不适MRI）。固溶态典型力学性能：Rm 900～1050 MPa，Rp0.2 450～550 MPa，A≥20%，HB 220～280。经标准三级时效（转动件制度：1120℃×2h WQ＋850℃×4h AC＋750℃×24h AC）后典型成品性能（盘锻件/棒）：抗拉强度 Rm≥1125～1200 MPa（典型1150～1220 MPa小试样可达1250 MPa），屈服强度 Rp0.2≥810～900 MPa（典型850～920 MPa，0.2% offset；转动件取上限），断后伸长率 A₅≥9～15%（大锻件纵向≥9%，典型12～14%，环切向≥8%），断面收缩率Z≥12～20%（典型15～18%，大锻件纵向≥12%），硬度HB 321～415（约32～41 HRC峰时效，大截面取中下限防缺口敏感）。高温性能：650℃ Rm≈930～980 MPa、Rp0.2≈800～850 MPa、A₅≈8～12%；700℃ Rm≈800 MPa、Rp0.2≈650 MPa；750℃ Rm≈650～700 MPa、Rp0.2≈500 MPa。持久强度：650℃/100 h≈600～650 MPa，700℃/100 h≈400～450 MPa，750℃/100 h≈250～300 MPa，650℃/1000 h≈500～550 MPa——优于GH2132(A-286)及GH2901同级温度，与Nimonic 101相当。抗压屈服强度与抗拉屈服强度相近，Rp0.2_compressive≈0.95～1.05×Rp0.2_tensile（时效态约770～950 MPa依截面，大锻件取下值小试样取上值），抗压比例极限≈0.8～0.9×Rp0.2_t。长期时效试验（750℃×2000 h）仅析出少量Laves相无σ相/μ相，室温冲击及塑性保持良好——组织稳定性优于高Nb IN718（Laves偏析敏感）。

高温抗氧化与耐蚀特性：GH2761含12～14% Cr在表面形成Cr₂O₃膜，在空气中使用温度达815℃（长期≤650～700℃承载，短时815℃非承载抗氧化），抗氧化与GH2901(INcoloy 901)相当；对含硫燃气（轻度硫化）有抵抗力（900℃以下抗燃气硫化物腐蚀），适合航空发动机燃烧室后段及涡轮盘工作环境；水溶液中因含Mo 1.6%、W 3%、Cr 13%及高Ni对室温稀硝酸、碱液有中等耐受，对海水点蚀一般（PREN≈Cr＋3.3×Mo≈17～18 低于含Mo＞15%合金），对氯离子SCC免疫（奥氏体高Ni）。完全无Nb降低Laves相偏析风险使大锻件组织均匀性更易控制。焊接HAZ因γ′溶解产生软化带（与所有γ′强化合金同），重要承力焊缝布置非最大应力区或整体重新固溶＋三级时效（大型盘难整体重热处理——通常采用固溶软态焊接组件＋整体三级时效恢复HAZ 90～95%母材强度）。

热加工与热处理：热加工温度1050～1150℃，开锻/开轧1080～1120℃，终加工温度≥950℃（低于900℃ γ′开始析出导致开裂及未溶γ′带状），热加工后空冷或水冷（厚截面水淬防γ′网析出）。冷加工性有限——固溶软态可小变形量校形、精整，但因即将时效强化总冷变形建议≤10～15%后中间退火（1090～1120℃水淬）；最终大锻件按"多向镦拔→终锻成形(≥950℃)→固溶→粗加工→三级时效→精磨（螺纹/榫槽滚压在固溶态进行整体三级时效——滚压引入表面压应力提疲劳)"。标准热处理（转动件）：①固溶1120℃±10℃×2h水冷（截面＞100mm确保γ′回溶，小件1090℃可）；②一级时效850℃±10℃×4h空冷（析出粗γ′初核）；③二级时效750℃±10℃×24h空冷（细小γ′充分析出获峰强化）。避免在650～900℃区间缓慢冷却或长时等温停留（除规定时效外）——会析出M₂₃C₆连续膜及η相沿晶影响缺口持久。焊后做整体三级时效恢复HAZ（若组件可入炉）。氢脆低敏感（Fe-Ni-Cr基γ′强化低于Fe-Ni-Co γ″强化族）但仍建议酸洗后脱氢（200～230℃×4～8h）。

焊接与机加工：可TIG（GTAW）、EBW（电子束焊优先用于盘—轴连接环焊）、MIG及手工电弧焊。因Al＋Ti总量≈4.9～5.5%（高于IN718≈5.2%相当但无Nb液化裂纹敏感性相似或略低需控热输入），推荐使用ERNiCrMo-3(Inconel 625型AWS A5.14)或ERNiFeCrCoNb类(GH2761匹配)焊丝，层温≤100℃，背面氩气保护。机加工：固溶软态可车铣（比时效态易），时效硬态（HB>320）仅精磨、研磨或线切割；需用硬质合金刀具、低速大进给（切削速度10～18 m/min时效态）、充分冷却。盘榫槽、螺栓螺纹通常精磨或滚压（滚压前固溶软态→整体三级时效引入表面压应力提疲劳及应力松弛抗力）。

三、典型工业应用领域

航空航天发动机转子与机匣（核心应用）：航空燃气涡轮发动机涡轮盘(turbine disk)、高压压气机盘(compressor disk)、鼓筒(drum)、涡轮机匣(turbine case)、篦齿环(seal ring)、整流叶片及承力框架——利用650～750℃高屈服(800～850 MPa @650℃)及良好低周疲劳/冷热疲劳性能，CTE接近热强钢便于与钢制主轴异种连接减小热失配，是GH2761标志性用途（国产涡扇高推重比发动机高压转子盘件及俄制ЭИ761件替代）；航空发动机高温精密螺栓、双头螺柱(650～700℃级，滚压螺纹＋三级时效后疲劳＞10⁷周@350～400 MPa预紧)。

工业燃气轮机与动力：地面燃气轮机压气机/涡轮侧中温承力环、静子叶片根槽环、联轴器法兰(≤650℃长期)；汽轮机主蒸汽阀杆、高温螺栓(≤540～565℃高温高压蒸汽需按PVRC松弛评定)；核电辅助系统高温紧固件(低Co版Co≤1.0%核级友好)。

石油与化工：高温高压含H₂S/CO₂反应器内件紧固件(通过NACE MR0175认证用于酸性井下次级件，注意温度≤650℃强度保持及SCC免疫)；高温泵轴、阀门阀杆(中温强腐蚀介质)。

汽车与特种动力：高性能涡轮增压器涡轮侧隔热罩及连接法兰(至750℃非承载抗氧化)，赛车发动机高性能排气系统耐热紧固件。

模具与工装：精密等温锻造模具镶块(需600～700℃强度＋抗氧化)；高温压铸机冲头导向套。

维修与备件：进口航空发动机Nimonic 101类盘件及ЭИ761件维修替换(GH2761可作国产等价)。

GH2761（Fe-Ni-Cr基γ′-[Ni₃(Al,Ti)]沉淀硬化变形高温合金，对标Nimonic 101理念/A-286高Al/Ti改良版，ЭИ761近似）是以铁为余量（≈37%）、含Ni 42～45%、Cr 12～14%、Ti 3.2～3.65%、Al 1.4～1.85%、W 2.8～3.3%、Mo 1.4～1.9%、C≤0.07%、B≤0.015%的沉淀硬化高温合金。固溶＋三级时效（转动件）态典型力学性能为：抗拉强度 Rm≥1125～1200 MPa（典型1150～1220 MPa，小试样可达1250 MPa），屈服强度 Rp0.2≥810～900 MPa（典型850～920 MPa，小试样可达950 MPa），断后伸长率 A₅≥9～15%（大锻件纵向≥9%，典型12～14%），断面收缩率Z≥12～20%（典型15～18%），抗压屈服强度≈770～950 MPa（与抗拉屈服相当，大截面取下值），硬度HB 321～415（约32～41 HRC峰时效，大截面取中下限），弹性模量E≈200 GPa（室温），密度≈8.05～8.15 g/cm³（典型8.10），线膨胀系数α₂₀₋₈₀₀℃≈(12.6～15.7)×10⁻⁶/K（接近30CrMo热强钢便于异种材料连接）。其最大技术价值在于：一是在600～750℃区间持久蠕变强度显著优于GH2132(A-286)及GH2901(Incoloy 901)，650℃/100h持久≈600～650 MPa、750℃仍保≈250～300 MPa，适合更高温度涡轮盘/压气机盘；二是通过高Al(≈1.6%)+高Ti(≈3.4%)控Al/Ti比获体积分数15～18% γ′相，室温屈服810～900 MPa级且750℃×2000h长期时效仅析出少量Laves相无σ/μ相——组织热稳定性好；三是CTE接近热强钢便于涡轮盘—钢主轴异种连接减小热失配应力，且不含Nb降低Laves偏析敏感大锻件均匀性易控；四是成本低于全Ni基IN718（Ni低约10%）且热加工窗口宽。主要局限为使用温度>700～750℃长期γ′粗化+η相析出强度降（故盘设计温度通常≤650～700℃），含Al＋Ti总量≈5%使焊接HAZ软化（可恢复）且室温呈弱铁磁性（不适MRI），PREN≈17～18海水全浸不如含Mo＞15%合金。推荐长期承载服役温度－196～＋650℃（盘/轴设计常取≤650～700℃，紧固件650～700℃），短时抗氧化可用至815℃。它是航空发动机650～700℃级涡轮盘/压气机盘/鼓筒及高温紧固件（与钢轴连接）的Fe-Ni-Cr基高强γ′沉淀硬化合金，在需"A-286级以上强度＋750℃可用强度＋CTE匹配钢轴＋成本低于全Ni基IN718"的转子连接结构中广泛应用。

UNS N06600、Inconel600、Alloy600、UNS N06601、Inconel601、Alloy601、UNS N06625、Inconel625、Alloy625、Inconel690、Inconel718、InconelX-750

二、英科：

UNS NO8800、Incoloy800、Alloy800UNS NO8810、Incoloy800H、Alloy800H/800HT、UNS NO8825、Incoloy825、Alloy825

三、Carpenter20合金：

Alloy20cb-3、UNS NO8020

四、蒙乃尔：

Monel400NO4400Alloy400MonelK500NO5500

五、哈氏合金：

Hastelloy C-276、C-22、C-4、Hastelloy B、B-2、B-3、Hastelloy X、G、G2、G3、Hastelloy G30

六、固溶强化性铁镍基合金：

NS111、NS112、NS113、NS131、NS141、NS142、NS143

七、固溶强化型镍基合金：

NS311、NS312、NS313、NS314、NS315、NS321、NS322、NS331、NS332、NS333、NS334、

NS335、NS336、NS341

八、时效强化型镍基合金：

NS411

九、固溶强化型铁基合金：

GH1015、GH1035、GH1040、GH1131、GH1140

十、时效硬化性铁基合金：

GH2018、GH2036、GH2038、GH2130、GH2132/SUH660、GH2135、GH2136、GH2302

十一、固溶强化型镍基合金：

GH3030、GH3039、GH3044、GH3028

十二、时效硬化型镍基合金：

GH4033、GH4037、GH4043、GH4049、GH4133、GH4133B、GH4169

十三、奥氏体不锈钢:

904L（UNS N08904）、Nitronic60(S21800）、nitronic50(XM-19)/S20910、304L、316Ti、316N、316LN、316Mod、317L、317LN、309S、310S、304N

十四、复合式不锈钢：

SAF2205（F51）、SAF2507（F53）、S32760、254SMo（F44、DIN1.4529）、329J1（0Cr26Ni5Mo2）、SAF2506、0Cr17Mn13Mo2N(A4钢)

十五、沉淀硬化不锈钢

17－4PH(SUS630、S17400、0Cr17NiCu4Nb)、17-7PH（SUS631、0Cr17Ni7Al)、15-7Mo（SUS632、0Cr15Ni7Mo2Al）、15-5PH VAR(S15500、0Cr15Ni5Cu3Nb)

十六、其它：

可伐合金4J29 Kovar，Invar合金4J36 Invar合金、4J34，4J46，4J32，4J42