Inconel 600簡介：

600合金是鎳－鉻－鐵基固溶強(qiáng)化合金，具有良好的耐高溫腐蝕和抗氧化性能、優(yōu)良的冷熱加工和焊接工藝性能，在700℃以下具有滿意的熱強(qiáng)性和高的塑性。合金可以通過冷加工得到強(qiáng)化，也可以用電阻焊、熔焊或釬焊連接。

1實(shí)驗(yàn)材料與方法

實(shí)驗(yàn)采用的Inconel600合金化學(xué)成分如表1所示，試樣尺寸10mm×10mm×20mm。

試樣加熱使用SX-2.5-10箱式電阻爐，電解拋光使用HB1731SL-20A直流穩(wěn)壓電源(電壓0-30V、電流0-20A),清洗使用KQ3200DE型數(shù)控超聲波洗清器，使用MEF-3型視場萬能光學(xué)顯微鏡對(duì)組織進(jìn)行觀察，使用QuantaFEG-450型場發(fā)射環(huán)境掃描電子顯微鏡(SEM)及能譜儀(EDS)對(duì)試樣進(jìn)行夾雜物形貌分析及微量元素的測(cè)定。

將試樣在電阻爐中加熱到940℃,分別保溫10、20、30、40h,隨爐冷卻，并與未加熱的試樣進(jìn)行比較，試樣經(jīng)粗、中、細(xì)砂紙粗研和精研，精研使用3000目的砂紙，再進(jìn)行電解拋光，然后觀察組織形貌，分析其成分差異。

2?實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1不同合金中微量元素的分布規(guī)律

經(jīng)對(duì)不同合金、不同保溫時(shí)間處理后的試樣進(jìn)行不同區(qū)域夾雜物中微量元素含量進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表2、3所示，其中表2為國外Inconel600合金元素的總頻次是419次，表3為國內(nèi)Inconel600合金元素的總頻次是460次。

分析表2、3,可看出，國外合金中基體元素Ni、Cr、C的出現(xiàn)頻率均高于國內(nèi)合金，國外合金Cr含量在9.4%～74.3%變化，而國內(nèi)合金在0.5%～33.7%的范圍變化，最高含量和最低含量皆比國內(nèi)高2倍以上；國內(nèi)合金C含量在1.3%～69.7%的范圍變化，而國外合金在2.8%～26.9%變化，國內(nèi)最高含量是國外的2.5倍以上。在加熱保溫過程中C易向晶界擴(kuò)散，同時(shí)為了降低系統(tǒng)的自由能與Cr形成化合物，這就使國內(nèi)合金生成比國外合金更多富Cr碳化物4。同時(shí)國內(nèi)合金又檢測(cè)出P、S的存在，P、S元素富集在晶界，使晶界碳的擴(kuò)散更易進(jìn)行。故國內(nèi)合金晶界上生成大量Cr的碳化物，同時(shí)在基體中也生成Cr的碳化物，使國內(nèi)合金中Cr含量降低。

國內(nèi)Inconel600合金中Ti、Al、N、O、Si出現(xiàn)頻次、質(zhì)量分?jǐn)?shù)的最大值都遠(yuǎn)高于國外合金，其中Si元素出現(xiàn)頻次遠(yuǎn)高于國外合金。Ti和Al都是生成γ相(主要是Ti?Al)的主要元素，γ相總是在γ基體上共格析出，它又是鎳基高溫合金中最重要的強(qiáng)化相。盡管如此，Al、Ti等活潑金屬均與O(國內(nèi)外合金中的含量都很高)有很強(qiáng)的親和力，易生成Al?O?、TiO?等夾雜物，除此之外還有一部分的Ti與N反應(yīng)生成TiN。因?yàn)門iN形成的自由能極低，在長時(shí)間加熱保溫的過程中N的擴(kuò)散使TiN更容易形成。這些夾雜物的生成不僅減弱了強(qiáng)化元素Al、Ti的強(qiáng)化作用且夾雜物TiN在晶內(nèi)析出形成與基體不同的質(zhì)點(diǎn)。硅的質(zhì)點(diǎn)是硅的氧化物或硅與其他金屬的化合物，并且質(zhì)點(diǎn)與基體之間形成界面。

國內(nèi)合金中Mg、Ca含量也較高，而國外合金中沒有檢測(cè)到Mg、Ca的存在，鎂元素的存在，會(huì)生成Ni-Ni?Mg共晶，惡化合金的加工性能間。其次，國內(nèi)合金中Ca元素的存在，很可能與其電渣重熔5的熔煉工藝有關(guān)，因?yàn)槿墼闹饕M分為CaF?、CaO有關(guān)，在重熔的過程中，Ca被還原，但在長時(shí)間保溫的過程中，Ca會(huì)以氧化物形態(tài)存在。

2.2加熱時(shí)間對(duì)不同合金組織的影響

圖1為國內(nèi)外Inconel600合金加熱到940℃,保溫不同時(shí)間的顯微組織，原始狀態(tài)試樣是未經(jīng)過任何加熱處理的?？煽闯觯S保溫時(shí)間延長，國內(nèi)外合金試樣(國外Inconel600合金試樣為板材，國內(nèi)Inconel600合金試樣為棒材)內(nèi)部組織變化大體一致。原始狀態(tài)下的奧氏體晶粒都非常細(xì)小，隨保溫時(shí)間延長，晶粒明顯長大，晶界的數(shù)量在減少，出現(xiàn)的孿晶也較多，有些孿晶甚至貫穿整個(gè)晶粒。這是因?yàn)樵诟邷叵码S保溫時(shí)間延長，位錯(cuò)密度變小，晶界遷移率變大，晶粒長大速度加快，這樣為夾雜物的晶界富集，晶界處元素含量增加提供了條件。

一般情況下，微量合金元素Ti、Cr等的碳、氮化物的存在及其在奧氏體內(nèi)的固溶不僅可以起到細(xì)化晶粒的作用，還對(duì)晶界和位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)有釘扎的作用，從而抑制動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的過程。但當(dāng)溫度升高到940℃,并隨著保溫時(shí)間的延長，合金中析出物的不均勻性，會(huì)導(dǎo)致部分第二相粒子溶解和長大，進(jìn)而出現(xiàn)所謂的“以小養(yǎng)大(即一些晶粒依靠消耗周圍小晶粒而粗化)"現(xiàn)象，還有另一些繼續(xù)被釘扎，局部奧氏體晶粒開始粗化，出現(xiàn)了混晶現(xiàn)象，奧氏體晶粒出現(xiàn)異常長大圖。此外，高熔點(diǎn)氧化物Al?O?、TiO?聚集，P、S、K等元素的富集，在高溫加熱保溫過程中不能阻止晶粒長大.因此國內(nèi)合金晶粒長大的速度較國外快。

2.3加熱時(shí)間對(duì)不同合金電解拋光的影響

在電解拋光制樣過程中，根據(jù)資料推薦電解液使用磷酸-硫酸類，陰極使用40mmx30mmx1mm鈦板，鎳基合金為附極。陰極、陽極的極問距離確定為20 mn,溫度25 ℃。經(jīng)試驗(yàn)調(diào)試國外Inconel600在金拋光液磷酸36%、硫酸9.1%的配比，在電壓2.3V、電流0.4A的條件下進(jìn)行拋光。

Inconel600合金試樣均隨加熱時(shí)間延長，曲線基下降的趨勢(shì)，即拋光時(shí)間縮短。另外，加熱后合金試樣均比原始試樣所需拋光時(shí)間明顯縮短。這是擔(dān)為經(jīng)過高溫加熱處理后的合金試樣(如圖①),消除了內(nèi)應(yīng)力，品粒長大，金屬間化合物析出，使陽極金屬更容易與電解液反應(yīng)，增大了反應(yīng)速度。在合企加熱保凝的過程中，國內(nèi)外合金試樣都發(fā)生了Cr貧化、大尺寸TiN的生成以及氧化物Al?O?、TiO?的存在都易導(dǎo)致合金缺陷的產(chǎn)生，從而降低合金的耐腐蝕性過電解撤光時(shí)間也隨之縮短。

比較國內(nèi)外合金試樣可知，原始狀態(tài)合金試樣，國內(nèi)外的電解拋光參數(shù)(電解液：磷酸36%、硫酸9.1%,電壓2.3V,電流0.3、0.4A.電解拋光時(shí)間260270s)兒乎完全相同。這主要是由于原始狀態(tài)試樣內(nèi)部的微量元素固溶在基體中，且分布均勻，導(dǎo)致其導(dǎo)電性、耐蝕性基本和同。加熱保溫(10=40h)后的合金試樣所需的電解拋光時(shí)間都是國外試樣夫于國內(nèi)試樣。這主要是由于國內(nèi)合金中碳元素在夾雜物、析出點(diǎn)中含量不同從而導(dǎo)致組織不均勻面使其耐蝕性能降低。此外，S、P元素的偏聚回與r元素貧化兩者的綜合作用更加降低了合金的腐鈾抗力。另一方面，品界處S含量的增加再加上高溫加熱處理過程更加剛子多元素向品界處的運(yùn)動(dòng)，降低了界面能同時(shí)弱化了晶界，導(dǎo)致品界易滑移、開裂四，更進(jìn)步降低了國內(nèi)合金的強(qiáng)度及耐蝕性。

3?結(jié)論

(1)?與國外合金相比，國內(nèi)Inconel600合金有較高含量的C、Ti、Al、N,同時(shí)國內(nèi)合金中還有Ca、Mg、P、S、K等元素。

(2)?國內(nèi)外Inconel600合金在原始軋制狀態(tài)晶粒大小幾乎相同，隨加熱時(shí)間的增加，晶粒長大速度加快。

(3)在電解拋光時(shí)，原始狀態(tài)所需的拋光時(shí)間接近，但隨加熱時(shí)間的增加，拋光時(shí)間縮短，國內(nèi)合金所需的時(shí)間更短，同時(shí)拋光液酸的濃度降低，電解拋光電流以及電壓降低。