incoloy825（UNS NO8825)镍基合金化学成分性能综合

镍-铁-铬合金具有良好的耐应力腐蚀开裂性能、耐缝隙腐蚀和点腐蚀性能、抗氧化性和还原性热酸性能，主要应用于海洋工程中的管道系统、石油加工中的热交换器、酸洗设备中的加热管等方面[1-3]。Incoloy825合金是经过钛稳定化处理的奥氏体型镍-铁-铬合金，在高温环境下具有较高的硬度和强度，通过添加钼、铜等合金元素，可用于不锈钢难以承受的更为复杂苛刻的腐蚀环境。当合金成分一定时，合金的耐蚀性能及力学性能主要取决于其显微组织、析出相的组成及分布等，而不同的热处理工艺对合金的显微组织，晶粒度，析出相的组成、分布、数量和尺寸等会产生较大的影响[4-8],因此有必要对合金的热处理工艺进行研究。通常，Incoloy825合金的热轧温度为900～1150℃,冷却方式为水冷或快速空冷。为使合金获得较好的抗点蚀和晶间腐蚀开裂能力，需在1150～1250℃之间进行固溶处理。目前，对于Incoloy825合金的研究主要集中在晶间腐蚀原因分析、析出相分析等方面[1.8],但对于不同温度固溶处理后其力学性能、耐蚀性能的变化规律以及析出相与微观结构、耐蚀性能相互之间关系的深入研究较少。因此，作者对不同温度固溶处理后Incoloy825的显微组织、析出相、耐蚀性能及力学性能进行了研究，这对于优化热处理工艺及研究合金元素的强化机理均有重要的意义。

1 试样制备与试验方法

1.1试样制备

试验所用材料为自制Incoloy825合金，通过真空感应炉熔炼，坯料厚度120 mm,开轧温度1100～1180℃,终轧温度不低于900℃,热轧成12 mm厚的板材，再经过热酸洗去除表面氧化皮，其化学成分如表1所示。取5组试样进行固溶处理，试样尺寸为100 mm×12 mm×12 mm,固溶温度分别为980,1015,1050,1100,1200℃,保温20 min后水淬。

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1.2试验方法

根据GB/T 6394-2002《金属平均晶粒度评定方法》,利用蔡司Axio Imager Zlm型光学显微镜对热处理后试样的晶粒度进行评级；利用蔡司EVO-18型扫描电镜对试样的显微组织和析出相的分布进行观察，腐蚀剂为硫酸铜-盐酸水溶液(硫酸

铜2g,盐酸10mL,蒸馏水10mL);采用蔡司∑IGMA型场发射扫描电镜上配备的夹杂物分析系统INCA Feature对试样表面析出物的面积分数进行统计分析；利用碳萃取复型方式将试样中的析出相从基体中分离出来，并用JEM-2100F型场发射透射电镜及牛津仪器INCA Energy 350型能谱仪对析出相的形貌、结构及成分进行表征。

按照GB/T 228.1—2010与GB/T 231.1—2009,在Model 5585H型拉伸试验机和英斯特朗CLB3型布氏硬度计上进行室温拉伸和布氏硬度试验，拉伸试样为φ8 mm的圆棒，各取三个数据的平均值作为试验结果；按照ASTM G28-2015中方法A,配制600 mL、质量分数为50%的沸腾硫酸-硫酸铁溶液，将不同温度固溶处理后的试样分别称量后浸入到沸腾的溶液中，保持120 h后，洗净、烘干、称量，计算腐蚀速率。

2 试验结果与讨论

2.1 固溶温度对显微组织的影响

由图1可以看出：Incoloy825合金为单一的奥氏体组织；经过980,1015,1050,1100,1200℃固溶处理后，晶粒度级别分别为9.5,9.5,9.0,3.5和1.5级。这说明固溶温度在980℃～1050℃之间，晶粒尺寸变化不明显，当固溶温度为1100 ℃时，奥氏体晶粒急剧长大，当固溶温度为1200℃时，晶粒继续长大。这是因为随着固溶温度的升高，位错密度减小，晶界迁移速度加快，晶粒的长大速度随之加快。

2.2 固溶温度对力学性能的影响

从图2(a)中可看出：合金的布氏硬度与平均晶粒度有较好的对应关系，随着固溶温度的升高，布氏硬度降低；当固溶温度为980～1050 ℃时，硬度值的降幅较小，当固溶温度高于1050℃时，布氏硬度急剧降低，这与平均晶粒度和组织的变化规律一致。从图2(b)中可看出，随着固溶温度的升高，断后伸长率逐渐增大，而抗拉强度的变化趋势与晶粒度和布氏硬度的变化规律基本一致，这说明合金的硬度、强度和塑性与合金晶粒度存在一定的相关性。当固溶温度超过1050℃后，奥氏体晶粒迅速长大，晶界数量急剧减少，晶粒之间的结合力减弱，因而抗拉强度快速下降，但此时的固溶温度较高，晶粒内部位错数量低，内应力较小，所以反映塑性的断后伸长率快速增大。

2.3 固溶温度对耐腐蚀性能的影响

由图3(a)中可知，固溶温度为980～1200℃时，合金的腐蚀速率和析出相含量(面积分数)随着固溶温度的升高均呈现先增大后减小的趋势，两者的变化规律基本一致。由图3(b),(c)可看出：固溶温度在980～1015 ℃范围时，组织中出现了大量的晶界析出相，合金的晶粒大小基本相同，这说明析出相对晶界的钉扎作用抑制了晶粒的长大1,同时在此温度区间大量析出相的出现导致了晶间腐蚀速率的增大。当固溶温度升高至1050℃时，晶粒略有长大，如图3(d)所示，这主要是由于此时晶界上的析出相开始溶解，析出相数量有所减少，导致其对晶界的钉扎作用有所减弱。当固溶温度为1100℃时，晶粒尺寸明显增大，如图3(e)所示，晶界无明显的析出物出现，对应的晶间腐蚀速率降低。当固溶温度为1200 ℃时，如图3(f)所示，与固溶温度为1100 ℃时相比，晶界析出物基本相同，晶粒尺寸增

晶界析出相，合金的晶粒大小基本相同，这说明析出相对晶界的钉扎作用抑制了晶粒的长大{9-11,同时在此温度区间大量析出相的出现导致了晶间腐蚀速率的增大。当固溶温度升高至1050 ℃时，晶粒略有长大，如图3(d)所示，这主要是由于此时晶界上的析出相开始溶解，析出相数量有所减少，导致其对晶界的钉扎作用有所减弱。当固溶温度为1100℃时，晶粒尺寸明显增大，如图3(e)所示，晶界无明显的析出物出现，对应的晶间腐蚀速率降低。当固溶温度为1200℃时，如图3(f)所示，与固溶温度为1100℃时相比，晶界析出物基本相同，晶粒尺寸增大，但晶间腐蚀速率无明显变化，这说明晶粒尺寸对晶间腐蚀速率无明显影响。

2.4 析出相的微观形貌

由图4可知：980℃固溶处理后试验合金的析出相主要为面心立方结构M23C₆碳化物，M以铬、钼元素为主，以及还有富含铬、镍、铁、钼等的金属间化合物；这两种析出相均富含铬元素，且析出相沿晶界分布。由于铬元素向晶界的扩散速度低于其向晶内聚集的速度，导致晶界周围形成了贫铬区[12],晶界易被腐蚀，这可以很好地解释了图3(a)中出现的析出相增多而对应晶界腐蚀速率却增大的现象。

3结 论

(1)随着固溶温度的升高，Incoloy825合金的晶粒尺寸呈增大的趋势，当温度在980 ℃～1050 ℃之间时，晶粒尺寸增大不明显，当温度高于1050 ℃时，晶粒尺寸以较快的速率增大；Incoloy825合金的硬度和抗拉强度逐渐降低，伸长率不断增大。

(2)Incoloy825合金经过固溶处理后，晶界析出相主要是由富含铬、钼的M₂3C碳化物和含铬、镍、铁、钼的金属间化合物组成。

(3)随着固溶温度的升高，Incoloy825合金的晶界析出相的数量先增加后减少；晶间腐蚀速率呈现先增大后减小的趋势，固溶温度为1015 ℃时晶界析出相最多，腐蚀速率最大。