组织设计-热处理对Inconel690合金组织的影响 精品

来源:互联网 编辑:李元芳 手机版

热处理对Inconel690合金组织的影响

宋云京 邓化凌

山东电力研究院,山东济南25002;

Effect of Heat Treatment on microstructure of Inconel690

SONG Yun-jing DENG Hua-ling

Shandong Electric Power Research Institute, Shandong Jinan 250002

ABSTRACT: ffect of solid-solution and thermal treatment on microstructure, grain size and precipitate behavior were studied in this paper. It was shown that the solid-solution temperature had obvious effect on the grain size in the Inconel690. The grain size increased remarkably when the solution temperature was over 1150℃. Cr23C6 precipitated mainly in the grain boundaries. With the increase of thermal treatment temperature and time, the amount and size of Cr23C6 increased. At the same time,The distribution of Cr23C6 ed from discrete structure to semi-continuous structure. After thermal treatment of 800℃×48h, the size of Cr23C6 increased quickly.

KEY WORD: Inconel690; heat treatment; microstructure

摘要:研究固溶和特殊热处理(TT处理)对Inconel690合金组织的影响,结果表明:固溶温度对Inconel690晶粒度影响较大,温度超过1150℃时,晶粒显著长大,固溶处理应在1100℃以下。TT处理后Cr23C6沿晶界析出,随TT处理温度的增加和保温时间的延长, Cr23C6数量增多,尺寸增加,分布的形态由单个到半连续状。800℃×48h处理后,尺寸增加显著。

关键词:Inconel690合金 热处理 组织 性能1 引言

Inconel690合金因具有优良的抗应力腐蚀(IGSCC)和晶间腐蚀(IGA)等能力而被广泛地应用于国内外压水堆核电站蒸汽发生器换热管材料。为提高Inconel690合金的抗应力腐蚀的能力,该材料的一般热处理为固溶处理+特殊热处理(TT处理)[1~4]。有研究[3]表明,固溶温度的高低影响材料的耐腐蚀性能,在950℃~1150℃之间固溶处理时,随着固溶温度的提高,晶间腐蚀率增大。在较低固溶温度处理时,由于碳的固溶度小,一部分未溶的碳化物在晶界存在,在冷却后的新晶界,碳化物的析出量较少,晶界的铬贫化程度较轻,而较高温度下固溶时,未溶碳化物减少,固溶处理后贫铬相对较重。TT处理的目的是改善晶界碳化物的分布和形貌,提高晶界贫铬区的含铬量[1]。本文主要研究不同温度固溶处理和TT处理后Inconel690合金的组织、晶粒度及碳化物的析出情况。

样品材料采用真空感应+电渣重熔工艺生产冶炼,经挤压、冷拔、冷轧至φ19.05mm×1.09mm的合金管,其主要化学成分(%)为:C0.02;Mn0.22;Si0.06;Cr29.51;Fe9.48;Ni60.10;Ti0.30;Al0.27;S0.002;P0.005等。

对冷轧后的Inconel690合金管进行不同温度的固溶处理及TT处理,固溶处理分别在950℃、1000℃、1050℃、1100℃、1150℃;保温时间5分钟,水冷。TT处理工艺分别为600℃×12h、700℃×12h、700℃×24h、700℃×48h、700℃×96h、800℃×12h、800℃×24h、800℃×48h,冷却方式为水冷。

Inconel合金管的金相组织检测采用MEF4金相显微镜及LEICA-Q500MC型图像分析仪上进行,微观相结构用H800型透射电镜分析,电压为150KV。

2 试验结果与分析

2.1 固溶处理对组织的影响

图1为Inconel690合金管经四种固溶处理后的微观组织。

图1 不同温度固溶后的Inconel690合金的组织

Fig1 Microstructure of Inconel690 under different annealing treatments

(a) 950℃、(b)1000℃、(c)1050℃、(d)1100℃、(e)1150℃

从图1可以看出,Inconel690合金的组织为奥氏体+少量的碳化物,晶粒内存在大量孪晶,碳化物主要分布在晶内。另外,在合金内还有微量的淡黄色的颗粒,颗粒多呈规则的块状或多边形,尺寸约为100~150纳米,透射电镜确认为Ti()。有资料研究表明TiN在材料中起到“钉扎”效应,提高材料的强度和耐腐蚀性。晶粒为等轴晶,在950~1050℃之间固溶处理时,随着固溶温度的升高,晶粒尺寸略有长大,级别一般为5~8级,同时晶内碳化物数量却随温度的升高而减少。这是由于随着固溶温度越高,合金的扩散能力越强,碳化物越容易溶入基体,故在1050℃以上固溶时,晶内碳化物相对较少。

当固溶温度提高到1100℃后,晶粒开始长大,1150℃固溶处理的晶粒度达3~5级。

图2 Ti()的透射电镜形貌及衍射斑点(右上角)

Fig. 2 TEM image of Ti() and selected area of diffraction pattern (in the top right corner)

2.2 TT处理对组织的影响

图3 不同温度下TT处理后的显微组织

Fig3. Microstructure of Inconel690 under different thermal treatment

(a)600℃×12h、(b)700℃×12h、(c)700℃×24h、(d)700℃×48h、(e)700℃×96 h、(f)800℃×12h、(g)800℃×24h、(h)800℃×48h

从图3可以看出,在(a) 、(b) 、(c)中晶界碳化物数量极少,同时碳化物的尺寸很小。经700℃×48H处理后,晶界析出碳化物数量开始增多,断断续续分布在晶界上。随着TT处理温度的增加和保温时间的延长,碳化物的数量也增加,尺寸变粗大,分布也由断续状到半连续状。资料研究表明晶界析出的碳化物主要为M23C6。

图4 Cr23C6 的形貌及电子衍射图(右上角)

Fig. 4 TEM image of Cr23C6 and selected area of diffraction pattern (in the top right corner)

碳化物的细微形貌可从图4中看出,晶界处的碳化物呈长条状,衍射斑点表明碳化物为Cr23C6。 Cr23C6碳化物主要在晶界、位错和缺陷处形核,形核和长大的过程中,由于碳的扩散能力比铬强,所以Cr23C6主要吸收其附近的铬而形成,这就造成了Cr23C6与基体界面附近处铬浓度下降,出现贫铬区或贫铬带,贫铬区的贫铬程度与材料的含碳量、使用温度和时间等因素相关。当贫铬区的含铬量低于临界值时,材料出现应力腐蚀或晶间腐蚀倾向。TT处理的主要目的是通过高温扩散,提高铬的扩散能力,使贫铬区得到回复,增加电极电位和抗腐蚀能力。3 结论

Inconel690合金管固溶处理后组织奥氏体+少量的碳化物+微量的Ti()。当固溶温度在950℃~1100℃之间时,晶粒度变化不大,当固溶温度超过1150℃时,晶粒迅速增加。因此固溶处理温度建议在1100℃以下。

TT处理后Cr23C6沿晶界析出,其数量和尺寸随TT处理温度的增加和保温时间的延长而增加,分布的形态由单个到半连续状。800℃×48h处理后,尺寸增加显著。参 考 文 献

[1]J.J.Kai, G.P.Yu, C.H.TSAI, M.N.Liu, and S.C.Yao. The effect of heat treatment on the chromium depletion, precipitate evolution, and corrosion resistance of INCONEL alloy 690. Metall.Trans.A ,1989,20A:2057-2067

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