Incoloy825合金晶间腐蚀原因分析

・26・

材料开发与应用

2009年8月

文章编号:1003-1545(2009)04-0026-04

Ineoloy825合金晶间腐蚀原因分析

杨俊峰,范芳雄,李墨,白杨

(中国船舶重工集团公司第七二五研究所,河南洛阳471039)

摘要:研究了两批次Incoloy825合金晶间腐蚀性能的差异,分析了合金的微观结构,结果表明,TiC在晶界的析出导致材料耐晶间腐蚀性能变差。为了保证材料的耐晶间腐蚀性能,热加工过程中应在TiC的析出温度范围内进行反复变形,使TiC弥散分布在奥氏体晶粒内部,以保证材料耐晶问腐蚀性。关键词:Ineoloy825;晶间腐蚀;TiC;热加工工艺中图分类号:TGl74.3+3

文献标识码:A

Ineoloy825合金具有良好的耐应力腐蚀开裂性能、点腐蚀和缝隙腐蚀性能,具有较好的抗氧化性和非氧化性热酸性能,在温度高达550℃的高温时都具有很好的力学性能。主要应用于硫酸酸洗设备中的加热管、容器、筐,海水冷却热交换器、海洋产品管道系统、酸性气体环境管道、石油精炼中的空气热交换器等。

Incoloy825合金为Fe-Ni基耐蚀合金,本文对比研究两个批次Ineoloy825合金锻棒的晶间腐

蚀试验数据,分析晶间腐蚀性能差异的原因,探讨Incoloy825合金的热加工工艺对最终产品的耐晶间腐蚀性能的影响,为lneoloy825合金的应用提供理论依据。

材料、工艺及试验方法

试验用Incoloy825合金化学成分见表1,试样锻造及热处理工艺见表2。

Mo2.682.60

A10.1350.170

Ti0.860.98

Cu1.47

表1试样的化学成分(埘)

编号

Si0.3300.164

Mn0.6300.419

S0.010.01

Cr20.9020.07

Ni38.3339.36

101’0.019

11.1。0.016

0.025

0.034

1.55

表2试样锻造及热处理工艺

ta600扫描电子显微镜及GenesisXl坦2x射线能

谱仪观察腐蚀试样截面显微组织,从试样中部切取0.4mm薄片,制取透射电镜试样,采用PhilipsCM200透射电镜观察析出相。

2试验结果与讨论

沿轴向线切割取30mm×20ram×3ram试样,试样在试验炉中进行6750Clh敏化处理。在磨床上加工试样6面至R.1.6p,m,按照ASTM

A262

2.1晶间腐蚀试验

两批次的腐蚀数据试验结果如表3。晶间腐蚀试验后101’、11一l。试样表面形态如图1,101’试样依然有金属本色和较好的光洁度,局部区域

略微发黄,11.1。试样全部变成黑色,试样原有的

《测定不锈钢晶间腐蚀敏感性的推荐方法》方法C硝酸试验(相当于GB/T4334.3—2000)进行耐晶间腐蚀试验。

腐蚀试验后将试样从中间剖开,采用Qu肌.

收稿日期:2009—04—16

金属表面已基本被腐蚀掉。结合腐蚀试验数据,两试样的腐蚀性能有较大差异。

第24卷第4期

杨俊峰等:Incoloy825合金晶间腐蚀原因分析

。27・

图3

图1

101’,11-1’试样腐蚀形貌

101。腐蚀形貌

Ineoloy825合金从高温到常温均为奥氏体组织,通常情况下,奥氏体不锈钢的晶间腐蚀是敏化处理时,碳向晶粒间界的扩散较铬快,因此在晶粒间界及其临近区域的铬由于(CrFe)∞C。在晶粒间界的沉淀而发生贫化现象。如铬含量降低至钝化所需的铬含量极限以下,由于构成(大阴极一小阳极)的微电池,加速了沿晶粒间界的腐蚀…。资料显示,Ineoloy825合金在中温敏化处理时,在晶界上将出现富Cr的M为C。沉淀,进

而导致在沸腾65%(质量浓度)HNO,中的晶间

2.2化学成分对晶间腐蚀性能的影响

对比两试样的化学成分,主要成分基本一致,C含量均在0.02%(质量分数)以下,11.1。试样Ti/C(质量分数)比为61,101。试样Ti/C(质量分数)比为45,用Ti稳定C的奥氏体其Ti/C越高,合金的耐晶间腐蚀性能越好,从化学成分分析,101。试样的耐晶间腐蚀性能应该比11-1。试样差,而试验结果恰恰相反。

2.3微观组织

扫描电镜下两试样表面形态见图2、图3,11.1+试样表面晶粒大部分已经脱落,次表层晶粒也有部分脱落,裸露的晶粒表面上有很少的腐蚀孔。101。试样已经出现晶间腐蚀裂纹,表面无晶粒脱落。11.1。试样比101。试样的腐蚀情况严重。

腐蚀呤J。两试样的截面微观组织对比见图4、图5,101’试样在晶粒内部有部分弥散分布的纳米级夹杂物,对比图4、5,试样晶界上很干净,没有析出相。由两试样的化学成分看,C含量都在0.02%以下,除去0.01%固溶的碳(见图9),剩余不足0.01%的碳难以形成M∞C。型析出,基本可以排除M∞c。型析出相导致的晶间腐蚀。

在TEM下观察两试样的晶界形态,11-1。试

样晶界上存在细小的析出物(图6)。析出相大

小约lOOnm,呈细长轴状,长大方向沿晶界方向,

并与之成一定夹角,图6中观察到析出相相位一

致,尺寸相当,应为同一类型的析出相。该相的能谱分析见图8,从能谱中可以明显看出该相含Ti较高,该析出相的电子衍射图谱见图10,结合

图2

11.1。腐蚀形貌

Incoloy825合金的成分,确定该相为TiC。

・28・

材料开发与应用

2009年8月

图4

11.1。试样微观形貌

图5101。微观形貌

2.4分析讨论

从以上试验结果可知,两试样的晶间腐蚀性能差别很大的原因是晶界上存在TiC析出相。TiC为高温析出相,约从800℃开始形成,900℃左右形成最快,897—954℃大量细小的TiC分散沉淀,随温度升高TiC又开始溶解,从900℃加热到1200℃,TiC数量不断减少,1150℃以上具有高的溶解速度,当温度超过1150℃时。TiC会大量溶解p’。

HNO,为强氧化性酸,不仅对M为C6型析出相导致的晶界贫Cr产生腐蚀,还对TiC型的晶界析出相产生腐蚀。20世纪70年代曾经报道过含Ti或Nb的奥氏体不锈钢融化焊接时,在焊接热影响区内出现由于MC沉淀引起的“刀口腐蚀”【.J。从本文以上的分析可知,II一1’试样的晶间腐蚀与融化焊接的刀口腐蚀的机理相同:都是MC型析出相在晶界沉淀导致的。含Ti及Nb的不锈钢融化焊接产生的刀口腐蚀原因为热影响区在高于1200℃条件下MC型碳化物溶解后在晶界析出导致的,而本文中的试样均是经过900—1180℃自由锻造成型,没有经过1200℃以上的高温。两试样都经过940℃稳定化处理,675℃敏化处理,11-1。试样晶界的TiC析出只可能是稳定化处理时形成的,由图9【51可知,在980℃以下,

碳在Incoloy825合金中的固溶度为O.01%(埘)。那么在热加工完成后,11.1’试样中应存在较多的

固溶态的碳,在稳定化处理过程中碳与Ti结合形

成TiC沉淀,结合TiC的形成温度及C在825合金中的固溶度关系,11-1’试样的最终热加工温度应该在1050℃以上。热加工完成后奥氏体中固溶有过饱和的碳,在稳定化退火过程中过饱和的碳与Ti结合形成TiC沉淀。

要防止Incoloy825合金出现晶间腐蚀倾向,

除了常规的降低c含量,还应提高Ti/C等成分

比例,在热加工过程中应在TiC大量析出的温度区间内反复变形,使形成的TiC弥散分布在奥氏体机体中。

图6

11.I。试样晶界析出相

图7

11.I。试样晶界析出相[010]晶

带轴电子衍射花样

第24卷第4期杨俊峰等:Inc010y825合金晶间腐蚀原因分析

’29・

结论

(1)晶界上形成的TiC沉淀将导致111.

coloy825合金在氧化性酸中发生晶问腐蚀。

(2)要防止Incoloy825合金出现晶间腐蚀倾向,除了常规的降低c含量,提高Ti/C等成分比以外,在热加工过程中应在TiC大量析出的温度区间内反复变形,使形成的TiC弥散分布在IIl—

E/keY

coloy825合金奥氏体机体中。

参考文献:

[1]

肖纪美.不锈钢的金属学问题[M].北京:冶金工业出版社,2006.171.

[2]陆世英,等.镍基及铁镍基耐蚀合金[M].北京:化

学工业出版社.1989.344.[3]

张义平.1Crl8Ni9Ti晶间腐蚀及热处理工艺研究[J].煤矿机械,2006,27(7):119.

[4]任凌波,等.压力容器腐蚀与控制[M].化学工业出

版社,2003.426.[5]

E.LRAYMOND.MechanismsofsensitizationemdblizationofIncoloy

sta-

图8晶界析出相能谱分析

p瓷魄

固溶态的碳台童(埘)/%

图9

Incoloy825合金中碳的固溶度曲线

Niekd--iota—-Otromiumalloy825

[J].C0m矗∞一NACE,1967,24:180.

IntergranularCorrosionCauseAnalysisofIncoloy825

YANG

Jun-feng,FAN

Fang—xiong,LI

Mo,BAI

y口昭

(LuoyangShipMaterialResearchInstitute,Luoyang471039,China)

Abstract:DifferencebetweentwobatchesofalloyIneoloy825inintergranularcorl'osiollp既formanceisinvestigated.Themirem-

structure

observation

to

manifeststhatitisTiCpreupitatedincrystalboundarybrought

con'0610n

aWOFSe

intergnmularcorrosionperformance.

at

Inorder

onsul七theresistanceintergrsnular

tO

performance,repeated

deformation

TiCprecipirationtemperatureis

necessaryinhotformingprocess

makeTiCdispersedintheaustenitic目_ains.

Keywords:Incoloy825;Intergranularcorrosion;TiC;Hotforming

・26・

材料开发与应用

2009年8月

文章编号:1003-1545(2009)04-0026-04

Ineoloy825合金晶间腐蚀原因分析

杨俊峰,范芳雄,李墨,白杨

(中国船舶重工集团公司第七二五研究所,河南洛阳471039)

摘要:研究了两批次Incoloy825合金晶间腐蚀性能的差异,分析了合金的微观结构,结果表明,TiC在晶界的析出导致材料耐晶间腐蚀性能变差。为了保证材料的耐晶间腐蚀性能,热加工过程中应在TiC的析出温度范围内进行反复变形,使TiC弥散分布在奥氏体晶粒内部,以保证材料耐晶问腐蚀性。关键词:Ineoloy825;晶间腐蚀;TiC;热加工工艺中图分类号:TGl74.3+3

文献标识码:A

Ineoloy825合金具有良好的耐应力腐蚀开裂性能、点腐蚀和缝隙腐蚀性能,具有较好的抗氧化性和非氧化性热酸性能,在温度高达550℃的高温时都具有很好的力学性能。主要应用于硫酸酸洗设备中的加热管、容器、筐,海水冷却热交换器、海洋产品管道系统、酸性气体环境管道、石油精炼中的空气热交换器等。

Incoloy825合金为Fe-Ni基耐蚀合金,本文对比研究两个批次Ineoloy825合金锻棒的晶间腐

蚀试验数据,分析晶间腐蚀性能差异的原因,探讨Incoloy825合金的热加工工艺对最终产品的耐晶间腐蚀性能的影响,为lneoloy825合金的应用提供理论依据。

材料、工艺及试验方法

试验用Incoloy825合金化学成分见表1,试样锻造及热处理工艺见表2。

Mo2.682.60

A10.1350.170

Ti0.860.98

Cu1.47

表1试样的化学成分(埘)

编号

Si0.3300.164

Mn0.6300.419

S0.010.01

Cr20.9020.07

Ni38.3339.36

101’0.019

11.1。0.016

0.025

0.034

1.55

表2试样锻造及热处理工艺

ta600扫描电子显微镜及GenesisXl坦2x射线能

谱仪观察腐蚀试样截面显微组织,从试样中部切取0.4mm薄片,制取透射电镜试样,采用PhilipsCM200透射电镜观察析出相。

2试验结果与讨论

沿轴向线切割取30mm×20ram×3ram试样,试样在试验炉中进行6750Clh敏化处理。在磨床上加工试样6面至R.1.6p,m,按照ASTM

A262

2.1晶间腐蚀试验

两批次的腐蚀数据试验结果如表3。晶间腐蚀试验后101’、11一l。试样表面形态如图1,101’试样依然有金属本色和较好的光洁度,局部区域

略微发黄,11.1。试样全部变成黑色,试样原有的

《测定不锈钢晶间腐蚀敏感性的推荐方法》方法C硝酸试验(相当于GB/T4334.3—2000)进行耐晶间腐蚀试验。

腐蚀试验后将试样从中间剖开,采用Qu肌.

收稿日期:2009—04—16

金属表面已基本被腐蚀掉。结合腐蚀试验数据,两试样的腐蚀性能有较大差异。

第24卷第4期

杨俊峰等:Incoloy825合金晶间腐蚀原因分析

。27・

图3

图1

101’,11-1’试样腐蚀形貌

101。腐蚀形貌

Ineoloy825合金从高温到常温均为奥氏体组织,通常情况下,奥氏体不锈钢的晶间腐蚀是敏化处理时,碳向晶粒间界的扩散较铬快,因此在晶粒间界及其临近区域的铬由于(CrFe)∞C。在晶粒间界的沉淀而发生贫化现象。如铬含量降低至钝化所需的铬含量极限以下,由于构成(大阴极一小阳极)的微电池,加速了沿晶粒间界的腐蚀…。资料显示,Ineoloy825合金在中温敏化处理时,在晶界上将出现富Cr的M为C。沉淀,进

而导致在沸腾65%(质量浓度)HNO,中的晶间

2.2化学成分对晶间腐蚀性能的影响

对比两试样的化学成分,主要成分基本一致,C含量均在0.02%(质量分数)以下,11.1。试样Ti/C(质量分数)比为61,101。试样Ti/C(质量分数)比为45,用Ti稳定C的奥氏体其Ti/C越高,合金的耐晶间腐蚀性能越好,从化学成分分析,101。试样的耐晶间腐蚀性能应该比11-1。试样差,而试验结果恰恰相反。

2.3微观组织

扫描电镜下两试样表面形态见图2、图3,11.1+试样表面晶粒大部分已经脱落,次表层晶粒也有部分脱落,裸露的晶粒表面上有很少的腐蚀孔。101。试样已经出现晶间腐蚀裂纹,表面无晶粒脱落。11.1。试样比101。试样的腐蚀情况严重。

腐蚀呤J。两试样的截面微观组织对比见图4、图5,101’试样在晶粒内部有部分弥散分布的纳米级夹杂物,对比图4、5,试样晶界上很干净,没有析出相。由两试样的化学成分看,C含量都在0.02%以下,除去0.01%固溶的碳(见图9),剩余不足0.01%的碳难以形成M∞C。型析出,基本可以排除M∞c。型析出相导致的晶间腐蚀。

在TEM下观察两试样的晶界形态,11-1。试

样晶界上存在细小的析出物(图6)。析出相大

小约lOOnm,呈细长轴状,长大方向沿晶界方向,

并与之成一定夹角,图6中观察到析出相相位一

致,尺寸相当,应为同一类型的析出相。该相的能谱分析见图8,从能谱中可以明显看出该相含Ti较高,该析出相的电子衍射图谱见图10,结合

图2

11.1。腐蚀形貌

Incoloy825合金的成分,确定该相为TiC。

・28・

材料开发与应用

2009年8月

图4

11.1。试样微观形貌

图5101。微观形貌

2.4分析讨论

从以上试验结果可知,两试样的晶间腐蚀性能差别很大的原因是晶界上存在TiC析出相。TiC为高温析出相,约从800℃开始形成,900℃左右形成最快,897—954℃大量细小的TiC分散沉淀,随温度升高TiC又开始溶解,从900℃加热到1200℃,TiC数量不断减少,1150℃以上具有高的溶解速度,当温度超过1150℃时。TiC会大量溶解p’。

HNO,为强氧化性酸,不仅对M为C6型析出相导致的晶界贫Cr产生腐蚀,还对TiC型的晶界析出相产生腐蚀。20世纪70年代曾经报道过含Ti或Nb的奥氏体不锈钢融化焊接时,在焊接热影响区内出现由于MC沉淀引起的“刀口腐蚀”【.J。从本文以上的分析可知,II一1’试样的晶间腐蚀与融化焊接的刀口腐蚀的机理相同:都是MC型析出相在晶界沉淀导致的。含Ti及Nb的不锈钢融化焊接产生的刀口腐蚀原因为热影响区在高于1200℃条件下MC型碳化物溶解后在晶界析出导致的,而本文中的试样均是经过900—1180℃自由锻造成型,没有经过1200℃以上的高温。两试样都经过940℃稳定化处理,675℃敏化处理,11-1。试样晶界的TiC析出只可能是稳定化处理时形成的,由图9【51可知,在980℃以下,

碳在Incoloy825合金中的固溶度为O.01%(埘)。那么在热加工完成后,11.1’试样中应存在较多的

固溶态的碳,在稳定化处理过程中碳与Ti结合形

成TiC沉淀,结合TiC的形成温度及C在825合金中的固溶度关系,11-1’试样的最终热加工温度应该在1050℃以上。热加工完成后奥氏体中固溶有过饱和的碳,在稳定化退火过程中过饱和的碳与Ti结合形成TiC沉淀。

要防止Incoloy825合金出现晶间腐蚀倾向,

除了常规的降低c含量,还应提高Ti/C等成分

比例,在热加工过程中应在TiC大量析出的温度区间内反复变形,使形成的TiC弥散分布在奥氏体机体中。

图6

11.I。试样晶界析出相

图7

11.I。试样晶界析出相[010]晶

带轴电子衍射花样

第24卷第4期杨俊峰等:Inc010y825合金晶间腐蚀原因分析

’29・

结论

(1)晶界上形成的TiC沉淀将导致111.

coloy825合金在氧化性酸中发生晶问腐蚀。

(2)要防止Incoloy825合金出现晶间腐蚀倾向,除了常规的降低c含量,提高Ti/C等成分比以外,在热加工过程中应在TiC大量析出的温度区间内反复变形,使形成的TiC弥散分布在IIl—

E/keY

coloy825合金奥氏体机体中。

参考文献:

[1]

肖纪美.不锈钢的金属学问题[M].北京:冶金工业出版社,2006.171.

[2]陆世英,等.镍基及铁镍基耐蚀合金[M].北京:化

学工业出版社.1989.344.[3]

张义平.1Crl8Ni9Ti晶间腐蚀及热处理工艺研究[J].煤矿机械,2006,27(7):119.

[4]任凌波,等.压力容器腐蚀与控制[M].化学工业出

版社,2003.426.[5]

E.LRAYMOND.MechanismsofsensitizationemdblizationofIncoloy

sta-

图8晶界析出相能谱分析

p瓷魄

固溶态的碳台童(埘)/%

图9

Incoloy825合金中碳的固溶度曲线

Niekd--iota—-Otromiumalloy825

[J].C0m矗∞一NACE,1967,24:180.

IntergranularCorrosionCauseAnalysisofIncoloy825

YANG

Jun-feng,FAN

Fang—xiong,LI

Mo,BAI

y口昭

(LuoyangShipMaterialResearchInstitute,Luoyang471039,China)

Abstract:DifferencebetweentwobatchesofalloyIneoloy825inintergranularcorl'osiollp既formanceisinvestigated.Themirem-

structure

observation

to

manifeststhatitisTiCpreupitatedincrystalboundarybrought

con'0610n

aWOFSe

intergnmularcorrosionperformance.

at

Inorder

onsul七theresistanceintergrsnular

tO

performance,repeated

deformation

TiCprecipirationtemperatureis

necessaryinhotformingprocess

makeTiCdispersedintheaustenitic目_ains.

Keywords:Incoloy825;Intergranularcorrosion;TiC;Hotforming


相关文章

  • 镍基高温合金抗腐蚀性能的研究进展
  • 郭亚雄 1008020159 材物101班 镍基高温合金抗腐蚀性能的研究进展 摘要:镍基高温合金作为航空航天发动机的核心材料,在以前,乃至现在,许多国家均将它列为战略材料.本文介绍了Ni-Cr系高温合金主要成分,及其热处理方式:另外,本文重 ...查看


  • 补偿器要求
  • 波纹管膨胀节 1.规范和标准波纹管膨胀节的设计.制造.试验和检验必须符合下列标准的有关的规定,制造商必须了解有关的 技术标准并保证波纹管膨胀节的设计.制造.试验和检验符合这些标准.GB/T 12777-2008 金属波纹管膨胀节通用 技术条 ...查看


  • 波纹管膨胀节材质选用
  • 波纹管膨胀节材质选用 波纹管膨胀节之所以在许多行业中得到广泛应用,除了考虑良好的补偿能力,可靠性更是波纹管补偿器膨胀节的关键.可靠性是通过设计.制造等多个环节来保证的,任何一个环节的疏忽都会导致补偿器寿命的降低甚至失效. 大多数波纹管膨胀节 ...查看


  • 板式换热器与管式换热器比较
  • 板式换热器性能及报价 一.概述: 板式换热器占地面积少换热效率高.节省能源.维护简单的换热设备,其被广泛地应用于各个行业.在能够使用的板式换热器的场合,板式换热器已成为了设计人员首选的换热设备. 二.结构及材质: 1.结构 板式换热器由一组 ...查看


  • 54化工设备与管道第40卷
  • ・54・化工设备与管道第40卷 奥氏体不锈钢在工业中的应用 杜存臣 (徐州工业职业技术学院,徐州221006) 摘要关键词 本文通过不同介质对生产装置腐蚀防护的要求进行分析,重点介绍不锈钢中使用量最大的奥氏体不锈钢在石油.化学.轻工.食 品 ...查看


  • 史上最全焊接材料选用知识(下)|存干货
  • 接昨天的文章(坑爹的20000字限制) (四)铬钼珠光体耐热钢的焊条选用 1.对耐热钢的认识: 在高温下能够保持化学稳定性(耐腐蚀.不起皮)叫做热稳定性:在高温下具有足够的强度叫做热强性.具有热稳定性和热强性的钢称为耐热钢. ●耐热钢的分类 ...查看


  • 超级不锈钢和镍基合金的区别和联系
  • 超级不锈钢和镍基合金的区别和联系 咨询热线:400-018-7718 镍基合金是指在650-1000℃高温下有较高的强度与一定的抗氧化腐蚀能力等综合性能的一类合金.按照主要主要性能又细分为镍基耐热合金,镍基耐蚀合金,镍基耐磨合金,镍基精密合 ...查看


  • 耐氯离子换热器选材
  • 油田污水换热器选材参考 目 录 三.选材参考因素................................................................................................ ...查看


  • 阿法板式换热器电子样本
  • 目录 3 从市场领导者购买板式换热器(PHE)的六大理由4 阿法拉伐垫片式换热器6 各类加热系统中的应用8 各类制冷系统中的应用10 各领域应用 2 从市场领导者购买板式换热器(PHE)的六大理由 早在1931年,阿法拉伐公司就已经为乳品生 ...查看


热门内容