G110合金是钢铁研究总院研制的时效强化型Fe-Ni基合金,它是一种节Ni的经济型合金,高温强度略高于Nimonic80A镍基合金。G110合金设计目标是用于650℃蒸汽参数汽轮机叶片材料,这就要求其在650℃下应具有良好的高温强度、抗氧化性、耐腐蚀性以及持久强度。为了保证该合金在650℃工况下的使用寿命,研究G110合金在650℃长期时效过程的组织演变和不同应力条件下的持久寿命非常重要。G110合金中含Cr元素22%,同时具有32～40%的Ni元素,因此抗氧化性和耐腐蚀性能良好。Ni是奥氏体形成元素,可增加奥氏体稳定性,同时,Ni对固溶体的强化作用也高于Fe, Ni元素本身既具有较高的强度和良好的塑性。Ni含量最关键影响的是γ’相的析出量、相尺寸、相组分及γ’的强化程度,主要决定合金的高温强度以及持久寿命。G110合金以γ’相作为主要强化相,而Ni元素是丫’相最主要的形成元素。因此,本文设计32-40%Ni含量的五炉试验合金进行Ni含量对比试验研究。对于一种新型合金,其最佳热处理工艺至关重要。G110合金选择固溶+时效热处理工艺。为了选择G110合金最佳热处理工艺,试验分别选取不同固溶温度和不同时效温度,进行固溶温度和时效温度对合金组织与力学性能的影响研究,选出最佳固溶温度和最佳时效温度,最终确定G110合金的最佳热处理工艺为1020℃×1h水冷+760℃×10h空冷。Ni含量对合金室、高温力学性能有显著影响,不同热处理状态下,Ni含量增加,则合金室、高温强度逐渐增加,室、高温塑性逐渐降低,冲击功呈降低趋势,但变化较小。最佳热处理条件下,不同Ni含量试验合金中析出相类型均为γ’相和MC相。随Ni含量增加,MC相析出量变化较小,γ’相析出量逐渐增加,所以合金高温强度逐渐增加,然而Ni含量增加,试验合金700℃持久寿命降低,这是由于合金在高温持久试验过程中析出了α-Cr相,进过对比可知,a-Cr相可显著降低合金持久寿命,因随着Ni含量增加a-Cr相析出量增加,所以持久寿命降低。G110合金在650℃条件下的组织和力学性能稳定性对其实际服役效果有重要影响,为此,进行了650℃长期时效试验。对不同时效时间试样进行了力学性能变化、微观组织演变以及析出相定性、定量分析研究,结果表明：(1)相比时效原始态合金,长期时效过程中,合金析出相类型发生变化,除丫’相和MC相以外,新析出了α-Cr相；(2)γ’相析出量逐渐增加,MC相析出量增加较少,α-Cr相析出量逐渐增加；(3)γ’相尺寸在0-1000h无明显变化,均匀细小,1000-3000h略有增加,3000-5000h无明显变化,0-5000h时效过程中,γ’相仍保持较小尺寸(<30nm),合金强化效果较高；(4)MC相较稳定,尺寸未见明显变化；(5)a-Cr相尺寸逐渐增加,0-1000h多为颗粒状,1000-5000h逐渐长大,可见短棒状和长针状(长片层状),时效时间较长时有多种形态,分布于晶内和晶界。γ’相是G110合金中最主要的强化相,合金中丫’相的质量百分数远大于其他析出相的总和。650℃长期时效过程中,合金中丫’相析出量逐渐增加,时效1000h后γ’相尺寸的略微增加,同时a-Cr相逐渐长大,这可能是导致合金强度总体上增长缓慢,逐渐趋于稳定的原因,但由于γ’相尺寸仍较小,且析出量远大于a-Cr相,所以直至时效5000h,合金强度未见明显下降,仍具有较高强度。蒸汽轮机叶片是在高温应力条件下工作的,对于叶片合金,其外推10万小时持久强度是一个重要的力学性能指标,因此,试验合金进行了650℃不同应力条件下持久试验。由不同应力条件下合金的持久寿命得到G110合金外推10万小时持久强度约为190MPa,满足设计要求(100MPa)。通过持久断裂试样微观组织分析,可知,G110合金650℃持久试样的断裂方式是沿晶断裂,试验过程中晶界弱化。晶内长针状α-Cr相不是持久试样裂纹萌生的原因。