固溶處理對(duì)Inconel 690合金組織影響
Inconel690合金是在Inconel600合金的基礎(chǔ)上,將鉻含量增加到30%,碳含量降至0.04%以下而發(fā)展的一種新型蒸發(fā)器用鎳基耐蝕合金。它不僅具有優(yōu)異的抗應(yīng)力腐蝕開裂能力,而且具有較高的強(qiáng)度,良好的冶金穩(wěn)定性和優(yōu)良的加工性能等特性，已廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外核電站壓水堆蒸發(fā)器管材上。Inconel690合金:固溶處理目的是溶解析出相，獲得均勻組織和適當(dāng)?shù)木Я６?但是對(duì)于固溶溫度和保溫時(shí)間,卻有不同的報(bào)道則因此,本文對(duì)在TT處理前的固溶處理進(jìn)行詳細(xì)的分析，明確Inconel690合金的固溶處理范圍。
1試驗(yàn)方法
試驗(yàn)采用真空感應(yīng)爐熔煉加電渣重熔工藝生產(chǎn)的合金錠，經(jīng)鍛造開坯、擠壓、冷拔、冷軋至φ19.05mmx1.09mm的Inconel690合金管。其化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù),%)為:C,0.020;Mn,0.19;Cr,29.30;Si,0.30;Ti,0.22;A1,0.27;S,0.00124;P,0.00144;Fe,8.92;Ni,余量。
為了研究固溶處理對(duì)Inconel690合金的影響，對(duì)冷軋后的Inconel690合金管進(jìn)行不同溫度的固溶處理:1030,1050,1060,1070,1080,1090,1100,1130%保溫3min,水淬。
對(duì)上述試樣分別測(cè)試其室溫維氏硬度,用圖像分析儀檢測(cè)其晶粒尺寸，同時(shí)用光學(xué)顯微鏡和掃描顯微鏡對(duì)其合金組織進(jìn)行觀察。
另外，運(yùn)用Thermo-calc熱力學(xué)軟件分析(Fe,Cr,Ni)2C6(主要析出相)含量隨溫度變化情況。
2結(jié)果與討論
2.1固溶溫度對(duì)硬度影響
試樣硬度測(cè)試問(wèn)結(jié)果如圖1。從中可見(jiàn):固溶后硬度低于固溶前硬度(HVa1205.8),隨著固溶溫度的升高,試樣硬度值呈降低趨勢(shì)。1030℃固溶處理時(shí),合金室溫硬度已開始下降,固溶溫度達(dá)1070時(shí)，合金室溫硬度下降到HVa;170.2,固溶溫度升高到1130℃時(shí)，室溫硬度已下降至固溶前的75%可見(jiàn)，固溶溫度對(duì)Inconel690合金管材硬度影響比較明顯。這是由于Inconel690合金隨著固溶溫度升高，晶體中位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)速度加快,發(fā)生位錯(cuò)消失或合并,合金塑性變形能力提高,硬度降低。
2.2固溶溫度對(duì)晶粒組織的影響
晶粒尺寸對(duì)高溫合金材料的塑性、韌性、強(qiáng)度以及低周疲勞性能有明顯影響,因此通過(guò)控制Inconel690合金固溶處理溫度得到均勻合適的晶粒尺寸是十分必要的。
8種固溶處理樣品的晶粒組織照片如圖2所示。從中可見(jiàn):冷軋狀態(tài)的Inconel690合金管經(jīng)固溶處理后所有試樣均為充分再結(jié)晶的等軸晶。經(jīng)1030~1050℃處理后,合金已充分回復(fù)再結(jié)晶,此時(shí)晶粒尺寸基本無(wú)明顯變化。當(dāng)固溶溫度達(dá)1060℃時(shí),合金的晶粒開始長(zhǎng)大。當(dāng)固溶溫度升高到1070℃時(shí),合金的晶粒急劇長(zhǎng)大,其晶粒平均尺寸隨固溶溫度的變化趨勢(shì)見(jiàn)圖3所示。
1030℃固溶處理的Inconel690合金晶粒平均尺寸約為36μm。當(dāng)固溶溫度增加到1070℃時(shí),合金晶粒明顯長(zhǎng)大,平均尺寸增加52%左右,固溶溫度升高到1130℃時(shí),Inconel690合金晶粒平均尺寸達(dá)60μm。因此,固溶溫度對(duì)Inconel690合金晶粒大小有明顯影響。
這是因?yàn)镮nconel690合金在形變和固溶處理作用下，通過(guò)回復(fù)和部分再結(jié)晶或再結(jié)晶造成晶界遷移,晶界遷動(dòng)引起晶粒間相互并吞,晶粒長(zhǎng)大。在一定的保溫時(shí)間下,固溶溫度越高,Inconel690合金晶體中各種缺陷越易重新排列甚至部分消除，這樣晶體越易發(fā)生回復(fù)和再結(jié)晶,晶界遷移速度越快,晶粒尺寸越大。
2.3固溶溫度對(duì)合金顯微組織的影響
由圖4(a)可明顯觀察到:Inconel690合金的顯微組織是奧氏體基體。上分布著顆粒狀的(Fe,Cr,Ni)2C6碳化物。碳化物顆粒主要沿晶界不連續(xù)或半連續(xù)析出，同時(shí)晶內(nèi)也存在少量的(Fe,Cr,Ni)2C6和Ti(C,N)。
Inconel690合金固溶處理目的之一是將(Fe,Cr,Ni)2℃6等相盡量溶解入基體中，以得到單相組織圖。因此確定碳化物完全溶解溫度對(duì)研究Inconel690合金固溶處理制度至關(guān)重要。一般來(lái)說(shuō),固溶溫度越高,合金元素?cái)U(kuò)散能力越強(qiáng),碳化物越易溶人基體內(nèi)。由不同固溶處理制度得到的Inconel690合金顯微組織將有一定差異,如圖4所示。從中可以看出:1030℃固溶處理的Inconel690合金,晶界有較多的碳化物沉淀,而晶內(nèi)則有少量較粗大的碳化物顆粒;隨著固溶溫，度升高,大部分碳化物顆?；厝?碳化物數(shù)量呈減少的趨勢(shì)、固溶溫度達(dá)到1070℃時(shí)，Incoel690合金晶界處幾乎不存在碳化物顆粒,晶內(nèi)碳化物數(shù)量減少,顆粒尺寸變小;當(dāng)固溶溫度升高到1090℃時(shí)，在掃描電鏡下已幾乎觀察不到(Fe,Cr,Ni)2℃沉淀相,表明(Fe,Cr,Ni)z℃型碳化物已完全溶解。
另外,本試驗(yàn)還從理論上驗(yàn)證了固溶溫度對(duì)Inconel690合金中析出相(Fe,Cr,Ni)2℃6數(shù)量的影響。固定其它他條件,如成分、壓力不變,利用Themmo-Cal℃熱力學(xué)軟件,計(jì)算溫度在一定范圍內(nèi)變化所得到的(Fe,Cr,Ni)2℃。含量(如圖5)。
從中可見(jiàn):Inconel690合金中碳化物最大析出量為0.45%(摩爾分?jǐn)?shù))。溫度高于700℃時(shí),碳化物含量急劇下降,1050℃時(shí),(Fe,Cr,Ni)2℃6幾乎完全溶解。因此從理論上證明,為了獲得單一的奧氏體組織,Inconel690合金的固溶溫度應(yīng)選擇在1050℃以上。
