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(shè)備對不同溫度固
溶后Incoloy825合金的顯微組織、力學(xué)性能及耐腐蝕性能等進行了研究.結(jié)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(shù)量隨著固溶溫度的升高呈現(xiàn)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(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:TG161 文獻標志碼:A 文章編號:1000G3738(2017)08G0023G04
MicrostructureandPropertiesofIncoloy825A(chǔ)lloyafterSolutionatDifferentTemperatures
HONG Huimin,ZHANG Ke,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;intergranularcorrosion
0 引 言
鎳G鐵G鉻合金具有良好的耐應(yīng)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(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)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(fù)雜苛刻的腐蝕環(huán)境. 當合金成分一定時,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)量和尺寸等會產(chǎn)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 合金的熱軋溫度為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(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)性能進行了研究,這對于優(yōu)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 試樣制備與試驗方法
1.1 試樣制備
試驗所用材料為自制Incoloy825合金,通過真空感應(yīng)爐熔煉,坯料厚度120mm,開軋溫度1100~1180℃,終軋溫度不低于900℃,熱軋成12mm 厚的板材,再經(jīng)過熱酸洗去除表面氧化皮,其化學(xué)成分如表1所示.?。到M試樣進行固溶處理,試樣尺寸為100mm×12 mm×12 mm,固溶溫度分別為980,1015,1050,1100,1200℃,保溫20min后水淬.
1.2 試驗方法
根據(jù)GB/T6394-2002«金屬平均晶粒度評定方法»,利用蔡司AxioImagerZ1m 型光學(xué)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(fā)射掃描電鏡上配備的夾雜物分析系統(tǒng)。INCAFeature對試樣表面析出物的面積分數(shù)進行統(tǒng)計分析;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,并用JEMG2100F型場發(fā)射透射電鏡及牛津儀器INCA Energy350型能譜儀對析出相的形貌、結(jié)構(gòu)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?8mm 的圓棒,各取三個數(shù)據(jù)的平均值作為試驗結(jié)果;按照ASTM G28-2015中方法A,配制600mL、質(zhì)量分數(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,計算腐蝕速率.
2 試驗結(jié)果與討論
2.1 固溶溫度對顯微組織的影響
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(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應(yīng)關(guān)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(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(guī)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(guān)性.當固溶溫度超過1050℃后,奧氏體晶粒迅速長大,晶界數(shù)量急劇減少,晶粒之間的結(jié)合力減弱,因而抗拉強度快速下降,但此時的固溶溫度較高,晶粒內(nèi)部位錯數(shù)量低,內(nèi)應(yīng)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(shù))隨著固溶溫度的升高均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢,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,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(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(shù)量有所減少,導(dǎo)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(xiàn),對應(yīng)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(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,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(jīng)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(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,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(wǎng))