洪慧敏,張 珂,金傳偉,胡顯軍

(江蘇省(沙鋼)鋼鐵研究院,張家港 ２１５６２５)

摘 要:采用掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、布氏硬度計、拉伸試驗機等設備對不同溫度固溶后Incoloy８２５合金的顯微組織、力學性能及耐腐蝕性能等進行了研究.結果表明:當固溶溫度在９８０~１０５０ ℃之間時,合金的晶粒尺寸變化不明顯,當固溶溫度高于１０５０ ℃時,晶粒尺寸以較快的速率增大;隨著固溶溫度的升高,合金的硬度和抗拉強度逐漸降低,伸長率不斷增大;晶界析出相主要是由富含鉻、鉬的 M２３C６ 碳化物和含鉻、鎳、鐵、鉬的金屬間化合物組成,晶界析出相的數量隨著固溶溫度的升高呈現先增多后減少的趨勢,固溶溫度為１０１５ ℃時晶界析出相最多,此時合金的耐晶間腐蝕性能最差.

關鍵詞:Incoloy８２５合金;固溶處理;析出相;力學性能;晶間腐蝕

中圖分類號:TG１６１ 文獻標志碼:A 文章編號:１０００Ｇ３７３８(２０１７)０８Ｇ００２３Ｇ０４

MicrostructureandPropertiesofIncoloy８２５AlloyafterSolutionatDifferentTemperatures

HONGHuimin,ZHANGKe,JINChuanwei,HUXianjun

(InstituteofResearchofIronandSteel,JiangsuProvince/ShaＧSteel,Zhangjiagang２１５６２５,China)

Abstract:The microstructure,mechanicalpropertiesandcorrosionresistanceofIncoloy８２５alloyafter

solutionat differenttemperatures were researched by scanning electron microscope,transmission electron

microscope,brinellhardnesstester,tensiletestmachine．Theresultsshowthatthegrainsizedidnotchangeafter

solutionat９８０－１０５０ ℃,butgrainsizeobviouslyincreasedwhensolutiontemperaturewasabove１０５０ ℃．The

hardnessandtensilestrengthdecreasedbuttheelongationincreasedwiththeincreaseofsolutiontemperature．The

precipitatephasealonggrainboundaryconsistedofM２３C６carbidewithCrandMoandintermetalliccompoundwith

Cr,Ni,FeandMo．Theamountofprecipitatephaseincreasedinitiallyanddecreasedafterwardswiththeincreaseof

solutiontemperature．Whensolutiontemperaturewas１０１５ ℃,theamountofprecipitatephasereachedtothe

maximum,whiletheintergranularcorrosionresistancewastheworst．

Keywords:Incoloy８２５alloy;solutiontreatment;precipitatephase;mechanicalproperty;intergranular corrosion

０ 引 言

鎳Ｇ鐵Ｇ鉻合金具 有 良 好 的 耐 應 力 腐 蝕 開 裂 性能、耐縫隙腐蝕和點腐蝕性能、抗氧化性和還原性熱酸性能,主要應用于海洋工程中的管道系統、石油加工中的 熱 交 換 器、酸 洗 設 備 中 的 加 熱 管 等 方面[１Ｇ３].Incoloy８２５合金是經過鈦穩定化處理的奧氏體型鎳Ｇ鐵Ｇ鉻合金,在高溫環境下具有較高的硬度和強度,通 過 添 加 鉬、銅 等 合 金 元 素,可 用 于 不銹鋼難以承受的更為復雜苛刻的腐蝕環境.當合金成分一定 時,合 金 的 耐 蝕 性 能 及 力 學 性 能 主 要取決于其顯微組織、析出相的組成及分布等,而不同的熱處理工藝對合金的顯微組織,晶粒度,析出相的組 成、分 布、數 量 和 尺 寸 等 會 產 生 較 大 的 影響[４Ｇ８],因此 有 必 要 對 合 金 的 熱 處 理 工 藝 進 行 研究.通 常,Incoloy８２５ 合 金 的 熱 軋 溫 度 ９００~１１５０ ℃,冷卻方式為水冷或快速空冷.為使合金獲得 較 好 的 抗 點 蝕 和 晶 間 腐 蝕 開 裂 能 力,需 在１１５０~１２５０ ℃ 之 間 進 行 固 溶 處 理.目 前,對 于Incoloy８２５合金的 研 究 主 要 集 中 在 晶 間 腐 蝕 原 因分析、析出 相 分 析 等 方 面[１,８],但 對 于 不 同 溫 度 固溶處理后其 力 學 性 能、耐 蝕 性 能 的 變 化 規 律 以 及析出相與微 觀 結 構、耐 蝕 性 能 相 互 之 間 關 系 的 深入研究較 少.因 此,作 者 對 不 同 溫 度 固 溶 處 理 后Incoloy８２５的顯微組織、析出相、耐蝕性能及力學性能進行了 研 究,這 對 于優 化 熱 處 理 工 藝 及 研 究合金元素的強化機理均有重要的意義.

１．２ 試驗方法

根據 GB/T６３９４－２００２«金屬平均晶粒度評定方法»,利用蔡司AxioImagerZ１m 型光學顯微鏡對熱處 理 后 試 樣 的 晶 粒 度 進 行 評 級;利 用 蔡 司EVOＧ１８型掃描電鏡對試樣的顯微組織和析出相的分布進行觀察,腐蝕劑為硫酸銅Ｇ鹽酸水溶液(硫酸銅２g,鹽 酸 １０ mL,蒸 餾 水 １０ mL);采 用 蔡 司ΣIGMA 型場發射掃描電鏡上配備的夾雜物分析系統INCAFeature對試樣表面析出物的面積分數進行統計分析;利用碳萃取復型方式將試樣中的析出相從基體中分離出來,并用JEMＧ２１００F型場發射透射電鏡及牛津儀器INCA Energy３５０型能譜儀對析出相的形貌、結構及成分進行表征.

按照 GB/T２２８．１－２０１０與 GB/T２３１．１－２００９,在 Model５５８５H 型拉伸試驗機和英斯特朗 CLB３型布氏硬度計上進行室溫拉伸和布氏硬度試驗,拉伸試樣為?８ mm 的圓棒,各取三個數據的平均值作為試驗結果;按照 ASTM G２８－２０１５中方法 A,配制６００mL、質量分數為５０％的沸騰硫酸Ｇ硫酸鐵溶液,將不同溫度固溶處理后的試樣分別稱量后浸入到沸騰的溶液中,保持 １２０h 后,洗凈、烘干、稱量,計算腐蝕速率.

２ 試驗結果與討論

２．１ 固溶溫度對顯微組織的影響

由圖１可以看出:Incoloy８２５合金為單一的奧氏體組織;經過９８０,１０１５,１０５０,１１００,１２００℃固溶處理后,晶粒度級別分別為９．５,９．５,９．０,３．５和１．５級.這說明固溶溫度在９８０ ℃~１０５０ ℃之間,晶粒尺寸變化不明顯,當固溶溫度為１１００ ℃時,奧氏體晶粒急劇長大,當固溶溫度為１２００ ℃時,晶粒繼續長大.這是因為隨著固溶溫度的升高,位錯密度減小,晶界遷移速度加快,晶粒的長大速度隨之加快。

２．２ 固溶溫度對力學性能的影響

從圖２(a)中可看出:合金的布氏硬度與平均晶粒度有較好的對應關系,隨著固溶溫度的升高,布氏硬度降低;當固溶溫度為９８０~１０５０ ℃時,硬度值的降幅較小,當固溶溫度高于１０５０ ℃時,布氏硬度急劇降低,這與平均晶粒度和組織的變化規律一致.從圖２(b)中可看出,隨著固溶溫度的升高,斷后伸長率逐漸增大,而抗拉強度的變化趨勢與晶粒度和布氏硬度的變化規律基本一致,這說明合金的硬度、強度和塑性與合金晶粒度存在一定的相關性.當固溶溫度超過１０５０ ℃后,奧氏體晶粒迅速長大,晶界數量急劇減少,晶粒之間的結合力減弱,因而抗拉強度快速下降,但此時的固溶溫度較高,晶粒內部位錯數量低,內應力較小,所以反映塑性的斷后伸長率快速增大.

２．３ 固溶溫度對耐腐蝕性能的影響

由圖３(a)中可知,固溶溫度為９８０~１２００ ℃時,合金的腐蝕速率和析出相含量(面積分數)隨著固溶溫度的升高均呈現先增大后減小的趨勢,兩者的變化規律基本一致.由圖３(b),(c)可看出:固溶溫度在９８０~１０１５ ℃范圍時,組織中出現了大量的晶界析出相,合金的晶粒大小基本相同,這說明析出相對晶界的釘扎作用抑制了晶粒的長大[９Ｇ１１],同時在此溫度區間大量析出相的出現導致了晶間腐蝕速率的增大.當固溶溫度升高至１０５０ ℃時,晶粒略有長大,如圖３(d)所示,這主要是由于此時晶界上的析出相開始溶解,析出相數量有所減少,導致其對晶界的釘扎作用有所減弱.當固溶溫度為１１００ ℃時,晶粒尺寸明顯增大,如圖３(e)所示,晶界無明顯的析出物出現,對應的晶間腐蝕速率降低.當固溶溫度為１２００ ℃ 時,如 圖 ３(f)所 示,與 固 溶 溫 度 為１１００ ℃時相比,晶界析出物基本相同,晶粒尺寸增大,但晶間腐蝕速率無明顯變化,這說明晶粒尺寸對晶間腐蝕速率無明顯影響。

２．４ 析出相的微觀形貌

由圖４可知:９８０ ℃固溶處理后試驗合金的析出相主要為面心立方結構 M２３C６ 碳化物,M 以鉻、鉬元素為主,以及還有富含鉻、鎳、鐵、鉬等的金屬間化合物;這兩種析出相均富含鉻元素,且析出相沿晶界分布.由于鉻元素向晶界的擴散速度低于其向晶內聚集的速度,導致晶界周圍形成了貧鉻區[１２],晶界易被腐蝕,這可以很好地解釋了圖３(a)中出現的析出相增多而對應晶界腐蝕速率卻增大的現象.

３ 結 論

(１)隨著固溶溫度的升高,Incoloy８２５合金的晶粒尺寸呈增大的趨勢,當溫度在９８０ ℃~１０５０ ℃之間時,晶粒尺寸增大不明顯,當溫度高于１０５０ ℃時,晶粒尺寸以較快的速率增大;Incoloy８２５合金的硬度和抗拉強度逐漸降低,伸長率不斷增大.

(２)Incoloy８２５合金經過固溶處理后,晶界析出相主要是由富含鉻、鉬的 M２３C６ 碳化物和含鉻、鎳、鐵、鉬的金屬間化合物組成.

(３)隨著固溶溫度的升高,Incoloy８２５ 合金的晶界析出相的數量先增加后減少;晶間腐蝕速率呈現先增大后減小的趨勢,固溶溫度為１０１５ ℃時晶界析出相最多,腐蝕速率最大。

（文章來源：材料與測試網）