（incoloy800)合金材质化学成分性能参数

1 实验材料及方法

实验用Incoloy800合金化学成分如表1所示，试样尺寸为10mm×10mm×1.5 mm。试样在1050℃固溶2h后水淬，然后分别在550、600、650、700、750和800℃下保温4h,所有热处理都在纯N₂氛围中进行。为了对比退火的影响，固溶试样也进行了评价。

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将样品背面焊接导线后用环氧树脂封装，工作面面积为1cm²,用水砂纸逐级打磨后抛光到1.5μm,再用酒精和去离子水清洗干净，热风吹干。所有的样品在10%草酸溶液中电化学腐刻90 s,腐刻后的样品由光学显微镜进行微观结构的表征。

DL-EPR及EIS测试的介质为0.5 mol/L H₂SO₄+0.01 mol/L KSCN溶液，温度为(30±1)℃,实验仪器为Gamry Reference 600电化学工作站，测试体系为三电极体系，工作电极是样品，对电极是铂(Pt)电极，参比电极是饱和甘汞电极(SCE)。

EPR测试之前，先在-900 mV(vs.SCE)下对样品阴极极化2 min,然后在30 ℃的溶液中开环稳定30 min。EPR测试中，从自然腐蚀电位(V.)开始，以1.667 mV/s的速率进行阳极极化，扫描至钝化电位600 mV后，以同样的扫描速率作反方向扫描至Vom。DL-EPR法测定活化电流I(正向扫描时最大阳极电流)和再活化电流I(反向扫描时最大阳极电流),以其比值(再活化率)R。=I,/I×100%作为敏化度的判据。R。的数值越高，就表示敏化度越高。用扫描电子显微镜(SEM,SCE PhillipsXL30FEG)观察EPR测试后样品及固溶处理后样品的表面形貌。

EIS是在开环电位下稳定1h后进行测量，激励信号为幅值10mV的正弦波电位，测试频率范围为100 kHz至10mHz,由高频向低频扫描，实验数据采用Gamary自带软件进行电化学阻抗电路拟合。

2 实验结果与讨论

2.1 草酸腐刻后样品的微观形貌

图1为10%草酸腐刻后的典型微观形貌。根据ASTM A-262 Practice A,腐刻后的结构分为3类：台阶(无碳化铬析出)、混合(没有完全被碳化物包围的晶粒)和沟状结构(一个或多个晶粒完全被碳化物包围)。图1(a)所示为固溶样品的台阶结构，表明不存在碳化物的析出；600℃退火后的样品观察到了混合结构，如图1(b),说明有少量碳化物在晶界析出；650℃和750℃退火后的样品都观察到了沟状结构，如图1(c)和1(d),说明大量碳化物在晶界析出。

2.2 不同温度退火后得到的DL-EPR结果

图2为样品的DL-EPR曲线，图2(a)为固溶样品的DL-EPR曲线，如图所示，在回扫的过程中并无电流峰出现，说明固溶样品并未发生敏化。图2(b)为不同温度(550～800℃)退火4 h后样品的DL-EPR曲线，与固溶样品相比，除了800℃样品，其他退火温度样品的曲线均出现了回扫峰。

图3为再活化率R。与退火温度的关系，当退火温度在550～650℃之间时，随着退火温度的升高，R。值逐渐增加。继续升高退火温度，R。值呈下降趋势。在650～700℃之间敏化最严重，对应的R。值均大于30%,远大于其他温度下退火的样品。800℃退火4h后样品的R。值接近于零，说明800℃退火的样品敏化程度与固溶样品相似。

当退火温度低于650℃时，随着温度升高，晶粒内碳扩散速率增大，碳化物析出速度变快，碳化物中的高含铬量使得毗邻这些粒子的区域的含铬量降低，由于铬的扩散速率远小于碳，没有足够时间从晶粒扩散到碳化铬附近，因此在晶界附近，铬的含量降低到不锈钢铬的临界值13%以下，耐蚀性下降[6-7]。

650℃和750 ℃退火样品的草酸腐刻结果相似(图1c和图1d),而在DL-EPR测试中，650 ℃和750℃的结果存在很大的差异。这种不同是由这两种评价方法不同的机理导致的。草酸腐刻法用于表征碳化物析出，而DL-EPR法用于表征贫铬区。从草酸腐刻结果观察到，敏化温度在700～800℃之间时，碳化物析出量并无明显改变；而EPR的测试结果却是，在这一温度区间敏化度呈下降趋势。这说明该温度区间敏化度的降低并非由于温度升高碳化物析出减少而是因为存在铬元素的自修复过程。在这个过程中，铬从晶粒内扩散到晶界，从而提高了晶界铬的含量，部分或全部修复了贫铬区21,进而降低了材料的晶间腐蚀敏感性212;温度越高，铬扩散的越快，从而对碳化物附近的贫铬区的修复效果更明显。

2.3 DL-EPR测试后的表面形貌SEM图像

图4为DL-EPR测试后样品的SEM形貌图。固溶处理后的样品没有晶间腐蚀的迹象，如图4(a)所示；600℃退火4 h的样品遭受了较严重的晶间腐蚀，大部分晶界都被腐蚀，如图4(b)所示；650℃退火4h的样品表面发生了严重的晶间腐蚀所有晶界都被腐蚀的很深，如图4(c)所示；750℃退火4h的样品的晶间腐蚀有所减轻，如图4(d)所示。从所有DL-EPR测试后的表面形貌可以看到，点蚀也伴随着晶间腐蚀发生。总体来说，所有的表面形貌图都与DL-EPR测试结果相符。

2.4 不同温度退火样品的EIS曲线

在自腐蚀电位下测量阻抗图有利于反映研究体系在真实条件下的行为。图5为退火样品在自腐蚀电位下的能奎斯特图。可以看出，不同温度退火的样品具有类似形状的能奎斯特图：在高频时得到了一个稍扁的半圆，在低频时得到了一个感抗弧。这说明不同温度退火后样品的腐蚀机理是相同的。总的来说，高频范围内的容抗弧是由于界面间的电荷转移产生的，而低频区感抗弧的出现是由于工作电极表面吸附了中间腐蚀产物{25}。

采用电化学等效电路图(EEC)分析得到的结果如图6所示，根据该电路，溶液/工作电极表面可表示为R(QR(RL)),其中，R,表示溶液电阻，CPE是常相位元素，R。表示电荷转移电阻，Rd,表示中间产物吸附电阻，L表示电导。需要强调的是R。包含两部分并联的元件，即样品表面贫铬区域和其余区域的电阻。在选择性腐蚀的过程中，贫铬区域的电阻明显低于其余区域电阻。因此，R。主要取决于贫铬区域的电阻，其余区域电阻可以忽略不计。R。越大，图5中容抗弧半径越大，晶间腐蚀敏感性越小，这就是参数的变化能够用于表征敏化处理过程中贫铬区域变化的原因。

图7是实验和拟合曲线的比较，可以看出二者符合很好，说明该电路是这一腐蚀过程较好的等效电路，能够正确地反映体系的电化学特征，从而反映材料的晶间腐蚀敏感性。

图8为R。与退火温度的关系图。从图5和图8可以看到，随退火温度上升，容抗弧半圆的尺寸先减小再增大，R。先减小后增大，在650℃时为最小值。反映出敏化度随温度的上升先增加后减小，这一结果(趋势)是与DL-EPR结果相符合的。

3 结论

1) 草酸腐刻、DL-EPR和EIS均可用于Incoloy 800合金晶间腐蚀敏感性评价。草酸腐刻的结果为，随着退火温度在550℃到650℃的上升，碳化物析出逐渐增多，650 ℃和750℃退火样品的草酸腐刻结果相似；EPR测试的再活化率R。随退火温度上升呈现先增加后减小的趋势，800℃退火4h后样品的DL-EPR曲线与固溶处理样品相似；EIS的测试结果为，随着退火温度的上升，敏化区电阻R。先减小后增加，表明敏化度先增加后减小，这一趋势与EPR结果相符；

2) 在退火温度从550℃到800℃上升的过程中，Incoloy800合金敏化度先上升后下降，在650～700℃之间高度敏化，800 ℃退火4 h后没有敏化。造成这一趋势的原因为：在热处理过程中，存在着碳化物析出和自修复两个过程的竞争，当退火温度低于650℃时，碳化物在晶界附近的析出占主导；而当温度进一步升高时，Cr元素在晶界处的重新分布(再愈合)占主导；

3)DL-EPR与EIS测试结果相符合，而草酸腐刻结果与这两种方法的结果存在差异，650℃和750℃退火样品的草酸腐刻结果相似，而在DL-EPR及EIS测试中，650℃和750 ℃的结果存在很大的不同，这种差异是由这3种评价方法不同的机理导致的。DL-EPR及EIS法是用于表征贫铬区，而草酸腐刻法用于检测碳化铬，而碳化铬析出而产生的贫铬区在高温下会被自修复。