GH4202

务实创新 诚信经营

GH4202 高温合金生产产品技术规范文档

1 范围

本规范规定了 GH4202（别名 GH202）Ni-Cr 基沉淀强化型变形高温合金的生产全流程要求、产品分类、技术参数、检验规则、标志包装及应用指引，是产品生产、检验、交付的统一技术依据。
本规范适用于航空航天、核能、石油化工等领域用 GH4202 变形产品（锻件、棒材、板材、带材、丝材、管材、环形件等）的生产制造，覆盖从原材料熔炼到成品交付的全链条，适用于 - 253℃（深冷环境）至 800℃（高温环境）宽温域下，承受高强度、抗疲劳、耐腐蚀及耐富氧侵蚀要求的关键承力部件与焊接件。

2 规范性引用文件

标准编号
标准名称
适用范围
GB/T 14992-2008
高温合金和金属间化合物高温材料的分类和牌号
牌号定义
GJB 1952A-2004
航空用高温合金冷轧薄板规范
冷轧薄板产品
GJB 3317A-2004
航空用高温合金热轧板规范
热轧板产品
辽新 7-0029
GH202 合金热轧锻棒材技术条件
热轧 / 锻制棒材
辽新 7-0030
GH202 合金冷轧板规范
冷轧板产品
辽新 7-0031
GH202 合金热轧板规范
热轧板产品
Q/GYB 05032
GH4202 紧固件用合金棒材
紧固件专用棒材
Q/GYB 05018
GH4202 合金冷拔（轧）无缝管
冷拔 / 轧无缝管
Q/GYB 05020
GH4202 合金锻件
锻件产品
AMS 5644
高温合金板材规范（GH4202 专用）
航空级板材（国外参考）
ASTM B998/B998M-18
高温合金板材标准
Ni-Cr-Co-W-Mo 系合金通用要求
HB/Z 140
高温合金热处理工艺导则
热处理工艺参考

3 产品分类与牌号

3.1 材料牌号与特性

  • 中国牌号：GH4202（别名 GH202）
  • 合金类型：Ni-Cr 基沉淀强化型变形高温合金
  • 核心强化机制：
    1. 析出强化：ω(Al+Ti)≈4% 形成 γ' 相（Ni₃(Al,Ti)）主导强化；
    1. 固溶强化：ω(W+Mo)≈9% 提升高温抗蠕变能力；
    1. 晶界强化：添加微量 B、Ce 净化并强化晶界，降低热裂纹敏感性。

3.2 产品形态与规格

产品类型
常用规格范围
供应状态
锻件（盘 / 环 / 圆饼）
按需定制（最大单件重量可定制）
固溶处理、粗加工 / 精加工
棒材
热轧棒 Φ10~Φ300mm，锻制棒 Φ300~Φ600mm
黑皮（不经热处理）、退火 + 磨光、固溶 + 时效
板材
冷轧板厚度 0.5~15mm，热轧板厚度 15~80mm
固溶 + 酸洗 + 矫直 + 切边
带材
厚度 0.1~3.0mm，宽度≤1200mm
固溶 + 酸洗、成卷供应
丝材
圆丝 Φ0.3~Φ8.0mm
冷拉、固溶处理、成盘供应
管材
无缝管 Φ6~Φ159mm（壁厚 0.8~10mm）
固溶 + 酸洗 + 校直
紧固件用棒材
按需定制（螺栓 / 螺母专用）
A 级：热轧 + 退火 + 磨光；B 级：冷拔；C 级：冷拔 + 固溶 + 磨光；D 级：冷拔 + 固溶 + 时效 + 磨光

4 技术要求

4.1 化学成分（质量百分比，%）

元素
含量范围
功能说明
Ni
余量（约 50.0~55.0%）
奥氏体基体核心元素，保证宽温域稳定性
Cr
18.0~22.0
形成致密氧化膜，提升高温抗氧化与耐腐蚀性
W
4.0~5.0
固溶强化核心元素，协同 Mo 提升抗蠕变能力
Mo
4.0~5.0
与 W 协同固溶强化，改善耐富氧侵蚀性能
Al
2.0~3.0
形成 γ' 相关键元素，主导析出强化
Ti
1.0~2.0
与 Al 协同形成 γ' 相，优化强化效果
Fe
≤5.0
残余元素，严格控制含量
C
≤0.08
控制碳化物析出，避免晶界脆化
B
≤0.010
强化晶界，降低热加工裂纹敏感性
Ce
≤0.05
净化合金液，改善加工与焊接性能
Si
≤0.8
脱氧残余元素，避免过量损害热塑性
Mn
≤0.5
改善焊接性能，降低 S、P 有害影响
P
≤0.015
有害杂质，避免晶界脆化
S
≤0.015
有害杂质，严控以提升韧性与抗裂性
Cu
≤0.30
残余杂质，防止腐蚀失效

4.2 物理性能（标准热处理后）

性能指标
数值范围
测试条件
密度（ρ）
8.20~8.30g/cm³
室温
熔化温度范围
1300~1360℃
-
热导率（λ）
11.8W/(m·K)
室温
20.5W/(m·K)
800℃
比热容（c）
440J/(kg·K)
室温
750J/(kg·K)
800℃
线膨胀系数（α）
13.2×10⁻⁶/℃
20~600℃
14.8×10⁻⁶/℃
20~800℃
电阻率（ρ）
1.30μΩ·m
室温
弹性模量（E）
205GPa
室温
165GPa
800℃
磁性能
无磁性
全温度范围（电磁敏感环境适用）

4.3 力学性能（典型值）

性能指标
室温
700℃
800℃
测试条件
抗拉强度（Rm）
≥1200MPa
≥850MPa
≥650MPa
标准热处理制度
屈服强度（Rp0.2）
≥850MPa
≥650MPa
≥450MPa
标准热处理制度
断后伸长率（A）
≥15%
≥18%
≥20%
标准热处理制度
断面收缩率（Z）
≥20%
≥25%
≥30%
标准热处理制度
持久强度
-
≥350MPa
≥180MPa
1000h 保温
冲击韧性（αk）
≥60J
-
-
-253℃（深冷环境）
高温疲劳极限
≥550MPa
-
-
10⁷次循环

4.4 特殊性能要求

  • 抗氧化性：800℃时氧化速率≤0.045g/(m²・h)，长期服役无明显氧化剥落；
  • 耐腐蚀性：3.5% NaCl 溶液中年腐蚀速率≤0.02mm，耐强酸、强碱及硫化物腐蚀，耐富氧侵蚀性能优异；
  • 组织稳定性：标准热处理后为 γ 基体 +γ' 相（主强化相）+ 少量碳化物，长期时效（800℃/1000h）无有害相析出；
  • 宽温域适应性：-253℃（液氢环境）至 800℃范围内保持稳定力学性能，无脆性转变；
  • 焊接性能：焊接性优良，焊后需消除应力处理，接头强度达母材的 90% 以上。

5 生产工艺要求

5.1 熔炼工艺

工艺类型
适用产品
核心要求
真空感应熔炼 + 真空自耗重熔（VIM+VAR）
全系列产品（首选工艺）
保证成分均匀性，降低气体与杂质含量，P、S≤0.015%
真空感应熔炼（VIM）
通用级非关键部件
满足基础纯净度要求，成分偏差≤±0.1%

5.2 热加工工艺

加工类型
加热温度
终加工温度
关键控制
锻造
1100~1150℃
≥900℃
单次变形量≤40%，避免晶粒粗化，防止 γ' 相过早析出
热轧
1080~1120℃
≥850℃
控制轧制速度≤3m/s，保证板形平整，冷却后及时固溶
开坯
1120~1160℃
≥950℃
均匀化处理（1150℃×4h），消除铸造偏析

5.3 冷加工工艺

  • 冷轧（板 / 带材）：道次变形量≤20%，中间退火温度 1050~1080℃，保温 30~60min，表面粗糙度 Ra≤0.4μm；
  • 冷拉（棒 / 丝 / 管材）：采用硬质合金模具，拉拔速度≤4m/min，中间固溶处理温度 1080~1120℃；
  • 冷镦（紧固件）：冷镦前需软化处理（1050℃×1h 空冷），变形量≤30%，避免开裂。

5.4 热处理制度（按产品类型区分）

产品类型
工艺参数
保温时间
冷却方式
性能特点
冷轧板
(1060~1120)℃ + 850℃×5h
固溶保温按厚度递增（1~3h），时效 5h
空冷（AC）
晶粒均匀，塑性与强度均衡
热轧板
(1090~1150)℃ + 850℃×5h
固溶保温按厚度递增（2~4h），时效 5h
空冷（AC）
固溶充分，高温强度优异
棒材 / 锻件
(1060~1150)℃×5h + (800~865)℃×5h
两段均保温 5h
空冷（AC）
综合力学性能稳定
无缝管
1100℃×(5~10)min + 850℃×5h
固溶短保温，时效 5h
快冷（FC）+ 空冷（AC）
耐蚀性与尺寸稳定性佳
深冷环境专用件
1120℃×3h（固溶）+ 850℃×5h（时效）
固溶 3h，时效 5h
空冷（AC）
深冷冲击韧性提升 10~15%

6 检验规则

6.1 检验项目

  1. 化学成分分析：采用光谱分析法逐炉检测，关键元素（Al、Ti、W、Mo）需用化学分析法验证；
  1. 力学性能测试：室温拉伸、高温持久、深冷冲击、疲劳试验，每批次抽样≥3 件，覆盖不同规格；
  1. 金相组织检查：光学显微镜 + 透射电镜（TEM）观察，γ' 相均匀分布，晶粒尺寸控制在 4~8 级，无异常相；
  1. 尺寸与表面质量：逐件检查，尺寸公差符合对应产品标准，表面无裂纹、夹杂、起皮等缺陷；
  1. 无损检测：
    • 内部缺陷：超声波探伤（灵敏度 φ1.0mm 平底孔）；
    • 表面缺陷：渗透检测（PT）或磁粉检测（MT），无肉眼可见裂纹；
    • 航空航天关键件：额外增加涡流检测，裂纹深度≤50μm。

6.2 抽样与判定

  • 化学成分：每炉抽样 1 次，不合格则该炉产品判定为不合格；
  • 力学性能：抽样试验不合格时，允许加倍抽样复检，仍不合格则批次报废；
  • 无损检测：发现缺陷需标记返修，返修后重新检测，无法修复则剔除；
  • 尺寸偏差：超差产品允许返工，返工后仍不达标则判定为不合格。

7 标志、包装与贮存

7.1 标志

每件产品需标识：材料牌号（GH4202/GH202）、规格、炉批号、热处理状态、执行标准、生产厂家、生产日期，紧固件需标注等级（A/B/C/D 级）。

7.2 包装

  • 板 / 带材：防潮牛皮纸 + 塑料薄膜 + 镀锌铁皮包装，避免表面划伤；
  • 棒 / 丝材：棒材捆扎（涂防锈油），丝材成盘后真空包装；
  • 管材：两端封口保护，多层防潮包装；
  • 航空级 / 核能级产品：真空 + 充氮包装，附防潮指示卡与批次追溯标签。

7.3 贮存

  • 存放于干燥、通风、无腐蚀性气体库房，温度 5~35℃，相对湿度≤65%；
  • 避免与酸碱、盐类物质接触，堆放高度≤1.5m，防止产品变形；
  • 贮存期≤12 个月，定期检查包装完整性，发现锈蚀及时处理；
  • 深冷专用件需单独存放，避免与高温部件混放。

8 应用概况

  • 航空航天：新型大推力液体火箭发动机涡轮转子、整流栅、涡轮球壳、波纹管、燃气管路，飞机发动机高温承力件；
  • 核能领域：反应堆耐蚀承力件、热交换器部件，要求高抗氧化与耐腐蚀性的焊接件；
  • 石油化工：高温反应器、蒸汽发生器、高温管道与容器、气液分离设备、化学品储罐；
  • 深冷工程：-253℃液氢 / 液氧存储设备、低温阀门与密封件；
  • 其他：高温弹簧、耐富氧环境结构件、精密仪器高温部件。

9 附录

9.1 注意事项

  1. 焊接需采用 Ni-Cr-W-Mo 系匹配焊材，焊前固溶处理，焊后进行 1080~1120℃固溶 + 850℃时效处理，消除残余应力；
  1. 热加工需避免在 700~900℃γ' 相析出峰区长时停留，防止加工硬化；
  1. 800℃以上长期服役的部件，需定期检测 γ' 相聚集状态，避免性能衰减；
  1. 深冷环境使用前需进行深冷预处理（-196℃×2h），提升低温韧性。

9.2 质量证明书

供货时随附完整质量证明书，包含：化学成分检测报告、力学性能测试数据、热处理工艺曲线、无损检测结果、炉批号追溯信息、产品合格标识，核能级产品需附加硼含量专项检测报告。

产品优势

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加工平台

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物流包装

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