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(jì)、拉伸試驗(yàn)機(jī)等設(shè)備對(duì)不同溫度固溶后Incoloy８２５合金的顯微組織、力學(xué)性能及耐腐蝕性能等進(jìn)行了研究.結(jié)果表明:當(dāng)固溶溫度在９８０~１０５０ ℃之間時(shí),合金的晶粒尺寸變化不明顯,當(dāng)固溶溫度高于１０５０ ℃時(shí),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(qiáng)度逐漸降低,伸長(zhǎng)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(shù)量隨著固溶溫度的升高呈現(xiàn)先增多后減少的趨勢(shì),固溶溫度為１０１５ ℃時(shí)晶界析出相最多,此時(shí)合金的耐晶間腐蝕性能最差.

關(guān)鍵詞:Incoloy８２５合金;固溶處理;析出相;力學(xué)性能;晶間腐蝕

中圖分類號(hào):TG１６１ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):１０００Ｇ３７３８(２０１７)０８Ｇ００２３Ｇ０４

MicrostructureandPropertiesofIncoloy８２５A(chǔ)lloyafterSolutionatDifferentTemperatures

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(yīng) 力 腐 蝕 開(kāi) 裂 性能、耐縫隙腐蝕和點(diǎn)腐蝕性能、抗氧化性和還原性熱酸性能,主要應(yīng)用于海洋工程中的管道系統(tǒng)、石油加工中的 熱 交 換 器、酸 洗 設(shè) 備 中 的 加 熱 管 等 方面[１Ｇ３].Incoloy８２５合金是經(jīng)過(guò)鈦穩(wěn)定化處理的奧氏體型鎳Ｇ鐵Ｇ鉻合金,在高溫環(huán)境下具有較高的硬度和強(qiáng)度,通 過(guò) 添 加 鉬、銅 等 合 金 元 素,可 用 于 不銹鋼難以承受的更為復(fù)雜苛刻的腐蝕環(huán)境.當(dāng)合金成分一定 時(shí),合 金 的 耐 蝕 性 能 及 力 學(xué) 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(duì)合金的顯微組織,晶粒度,析出相的組 成、分 布、數(shù) 量 和 尺 寸 等 會(huì) 產(chǎn) 生 較 大 的 影響[４Ｇ８],因此 有 必 要 對(duì) 合 金 的 熱 處 理 工 藝 進(jìn) 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(diǎn) 蝕 和 晶 間 腐 蝕 開(kāi) 裂 能 力,需 在１１５０~１２５０ ℃ 之 間 進(jìn) 行 固 溶 處 理.目 前,對(duì) 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(duì) 于 不 同 溫 度 固溶處理后其 力 學(xué) 性 能、耐 蝕 性 能 的 變 化 規(guī) 律 以 及析出相與微 觀 結(jié) 構(gòu)、耐 蝕 性 能 相 互 之 間 關(guān) 系 的 深入研究較 少.因 此,作 者 對(duì) 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(xué)性能進(jìn)行了 研 究,這 對(duì) 于優(yōu) 化 熱 處 理 工 藝 及 研 究合金元素的強(qiáng)化機(jī)理均有重要的意義.

１．２ 試驗(yàn)方法

根據(jù) GB/T６３９４－２００２«金屬平均晶粒度評(píng)定方法»,利用蔡司AxioImagerZ１m 型光學(xué)顯微鏡對(duì)熱處 理 后 試 樣 的 晶 粒 度 進(jìn) 行 評(píng) 級(jí);利 用 蔡 司EVOＧ１８型掃描電鏡對(duì)試樣的顯微組織和析出相的分布進(jìn)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(chǎng)發(fā)射掃描電鏡上配備的夾雜物分析系統(tǒng)INCAFeature對(duì)試樣表面析出物的面積分?jǐn)?shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析;利用碳萃取復(fù)型方式將試樣中的析出相從基體中分離出來(lái),并用JEMＧ２１００F型場(chǎng)發(fā)射透射電鏡及牛津儀器INCA Energy３５０型能譜儀對(duì)析出相的形貌、結(jié)構(gòu)及成分進(jìn)行表征.

按照 GB/T２２８．１－２０１０與 GB/T２３１．１－２００９,在 Model５５８５H 型拉伸試驗(yàn)機(jī)和英斯特朗 CLB３型布氏硬度計(jì)上進(jìn)行室溫拉伸和布氏硬度試驗(yàn),拉伸試樣為?８ mm 的圓棒,各取三個(gè)數(shù)據(jù)的平均值作為試驗(yàn)結(jié)果;按照 ASTM G２８－２０１５中方法 A,配制６００mL、質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(jì)算腐蝕速率.

２ 試驗(yàn)結(jié)果與討論

２．１ 固溶溫度對(duì)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(jīng)過(guò)９８０,１０１５,１０５０,１１００,１２００℃固溶處理后,晶粒度級(jí)別分別為９．５,９．５,９．０,３．５和１．５級(jí).這說(shuō)明固溶溫度在９８０ ℃~１０５０ ℃之間,晶粒尺寸變化不明顯,當(dāng)固溶溫度為１１００ ℃時(shí),奧氏體晶粒急劇長(zhǎng)大,當(dāng)固溶溫度為１２００ ℃時(shí),晶粒繼續(xù)長(zhǎng)大.這是因?yàn)殡S著固溶溫度的升高,位錯(cuò)密度減小,晶界遷移速度加快,晶粒的長(zhǎng)大速度隨之加快。

２．２ 固溶溫度對(duì)力學(xué)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(duì)應(yīng)關(guān)系,隨著固溶溫度的升高,布氏硬度降低;當(dāng)固溶溫度為９８０~１０５０ ℃時(shí),硬度值的降幅較小,當(dāng)固溶溫度高于１０５０ ℃時(shí),布氏硬度急劇降低,這與平均晶粒度和組織的變化規(guī)律一致.從圖２(b)中可看出,隨著固溶溫度的升高,斷后伸長(zhǎng)率逐漸增大,而抗拉強(qiáng)度的變化趨勢(shì)與晶粒度和布氏硬度的變化規(guī)律基本一致,這說(shuō)明合金的硬度、強(qiáng)度和塑性與合金晶粒度存在一定的相關(guān)性.當(dāng)固溶溫度超過(guò)１０５０ ℃后,奧氏體晶粒迅速長(zhǎng)大,晶界數(shù)量急劇減少,晶粒之間的結(jié)合力減弱,因而抗拉強(qiáng)度快速下降,但此時(shí)的固溶溫度較高,晶粒內(nèi)部位錯(cuò)數(shù)量低,內(nèi)應(yīng)力較小,所以反映塑性的斷后伸長(zhǎng)率快速增大.

２．３ 固溶溫度對(duì)耐腐蝕性能的影響

由圖３(a)中可知,固溶溫度為９８０~１２００ ℃時(shí),合金的腐蝕速率和析出相含量(面積分?jǐn)?shù))隨著固溶溫度的升高均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì),兩者的變化規(guī)律基本一致.由圖３(b),(c)可看出:固溶溫度在９８０~１０１５ ℃范圍時(shí),組織中出現(xiàn)了大量的晶界析出相,合金的晶粒大小基本相同,這說(shuō)明析出相對(duì)晶界的釘扎作用抑制了晶粒的長(zhǎng)大[９Ｇ１１],同時(shí)在此溫度區(qū)間大量析出相的出現(xiàn)導(dǎo)致了晶間腐蝕速率的增大.當(dāng)固溶溫度升高至１０５０ ℃時(shí),晶粒略有長(zhǎng)大,如圖３(d)所示,這主要是由于此時(shí)晶界上的析出相開(kāi)始溶解,析出相數(shù)量有所減少,導(dǎo)致其對(duì)晶界的釘扎作用有所減弱.當(dāng)固溶溫度為１１００ ℃時(shí),晶粒尺寸明顯增大,如圖３(e)所示,晶界無(wú)明顯的析出物出現(xiàn),對(duì)應(yīng)的晶間腐蝕速率降低.當(dāng)固溶溫度為１２００ ℃ 時(shí),如 圖 ３(f)所 示,與 固 溶 溫 度 為１１００ ℃時(shí)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(wú)明顯變化,這說(shuō)明晶粒尺寸對(duì)晶間腐蝕速率無(wú)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(yàn)合金的析出相主要為面心立方結(jié)構(gòu) 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(kuò)散速度低于其向晶內(nèi)聚集的速度,導(dǎo)致晶界周圍形成了貧鉻區(qū)[１２],晶界易被腐蝕,這可以很好地解釋了圖３(a)中出現(xiàn)的析出相增多而對(duì)應(yīng)晶界腐蝕速率卻增大的現(xiàn)象.

３ 結(jié) 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(shì),當(dāng)溫度在９８０ ℃~１０５０ ℃之間時(shí),晶粒尺寸增大不明顯,當(dāng)溫度高于１０５０ ℃時(shí),晶粒尺寸以較快的速率增大;Incoloy８２５合金的硬度和抗拉強(qiáng)度逐漸降低,伸長(zhǎng)率不斷增大.

(２)Incoloy８２５合金經(jīng)過(guò)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(shù)量先增加后減少;晶間腐蝕速率呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì),固溶溫度為１０１５ ℃時(shí)晶界析出相最多,腐蝕速率最大。

（文章來(lái)源：材料與測(cè)試網(wǎng)）