上海雄鋼特種合金有限公司

Inconel690合金是在Inconel600合金的基礎上,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)異的抗應力腐蝕開裂能力,而且具有較高的強度,良好的冶金穩(wěn)定性和優(yōu)良的加工性能等特性，已廣泛應用于國內(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?shù)木Я６?但是對于固溶溫度和保溫時間,卻有不同的報道則因此,本文對在TT處理前的固溶處理進行詳細的分析，明確Inconel690合金的固溶處理范圍。

1試驗方法

試驗采用真空感應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。其化學成分(質(zhì)量分數(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Inconel690合金的影響，對冷軋后的Inconel690合金管進行不同溫度的固溶處理:1030,1050,1060,1070,1080,1090,1100,1130%保溫3min,水淬。

對上述試樣分別測試其室溫維氏硬度,用圖像分析儀檢測其晶粒尺寸，同時用光學顯微鏡和掃描顯微鏡對其合金組織進行觀察。

另外，運用Thermo-calc熱力學軟件分析(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固溶溫度對硬度影響

試樣硬度測試問結(jié)果如圖1。從中可見: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。1030℃固溶處理時,合金室溫硬度已開始下降,固溶溫度達1070時，合金室溫硬度下降到HVa;170.2,固溶溫度升高到1130℃時，室溫硬度已下降至固溶前的75%可見，固溶溫度對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，晶體中位錯運動速度加快,發(fā)生位錯消失或合并,合金塑性變形能力提高,硬度降低。

2.2固溶溫度對晶粒組織的影響

晶粒尺寸對高溫合金材料的塑性、韌性、強度以及低周疲勞性能有明顯影響,因此通過控制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: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,合金已充分回復再結(jié)晶,此時晶粒尺寸基本無明顯變化。當固溶溫度達1060℃時,合金的晶粒開始長大。當固溶溫度升高到1070℃時,合金的晶粒急劇長大,其晶粒平均尺寸隨固溶溫度的變化趨勢見圖3所示。

1030℃固溶處理的Inconel690合金晶粒平均尺寸約為36μm。當固溶溫度增加到1070℃時,合金晶粒明顯長大,平均尺寸增加52%左右,固溶溫度升高到1130℃時,Inconel690合金晶粒平均尺寸達60μm。因此,固溶溫度對Inconel690合金晶粒大小有明顯影響。

這是因為Inconel690合金在形變和固溶處理作用下，通過回復和部分再結(jié)晶或再結(jié)晶造成晶界遷移,晶界遷動引起晶粒間相互并吞,晶粒長大。在一定的保溫時間下,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研究Inconel690合金固溶處理制度至關重要。一般來說,固溶溫度越高,合金元素擴散能力越強,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、固溶溫度達到1070℃時，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;當固溶溫度升高到1090℃時，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,本試驗還從理論上驗證了固溶溫度對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℃熱力學軟件,計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:Inconel690合金中碳化物最大析出量為0.45%(摩爾分數(shù))。溫度高于700℃時,碳化物含量急劇下降,1050℃時,(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合金的固溶溫度應選擇在1050℃以上。