固溶处理对Inconel 690合金组织影响
Inconel690合金是在Inconel600合金的基础上,将铬含量增加到30%,碳含量降至0.04%以下而发展的一种新型蒸发器用镍基耐蚀合金。它不仅具有优异的抗应力腐蚀开裂能力,而且具有较高的强度,良好的冶金稳定性和优良的加工性能等特性，已广泛应用于国内外核电站压水堆蒸发器管材上。Inconel690合金:固溶处理目的是溶解析出相，获得均匀组织和适当的晶粒度.但是对于固溶温度和保温时间,却有不同的报道则因此,本文对在TT处理前的固溶处理进行详细的分析，明确Inconel690合金的固溶处理范围。
1试验方法
试验采用真空感应炉熔炼加电渣重熔工艺生产的合金锭，经锻造开坯、挤压、冷拔、冷轧至φ19.05mmx1.09mm的Inconel690合金管。其化学成分(质量分数,%)为:C,0.020;Mn,0.19;Cr,29.30;Si,0.30;Ti,0.22;A1,0.27;S,0.00124;P,0.00144;Fe,8.92;Ni,余量。
为了研究固溶处理对Inconel690合金的影响，对冷轧后的Inconel690合金管进行不同温度的固溶处理:1030,1050,1060,1070,1080,1090,1100,1130%保温3min,水淬。
对上述试样分别测试其室温维氏硬度,用图像分析仪检测其晶粒尺寸，同时用光学显微镜和扫描显微镜对其合金组织进行观察。
另外，运用Thermo-calc热力学软件分析(Fe,Cr,Ni)2C6(主要析出相)含量随温度变化情况。
2结果与讨论
2.1固溶温度对硬度影响
试样硬度测试问结果如图1。从中可见:固溶后硬度低于固溶前硬度(HVa1205.8),随着固溶温度的升高,试样硬度值呈降低趋势。1030℃固溶处理时,合金室温硬度已开始下降,固溶温度达1070时，合金室温硬度下降到HVa;170.2,固溶温度升高到1130℃时，室温硬度已下降至固溶前的75%可见，固溶温度对Inconel690合金管材硬度影响比较明显。这是由于Inconel690合金随着固溶温度升高，晶体中位错运动速度加快,发生位错消失或合并,合金塑性变形能力提高,硬度降低。
2.2固溶温度对晶粒组织的影响
晶粒尺寸对高温合金材料的塑性、韧性、强度以及低周疲劳性能有明显影响,因此通过控制Inconel690合金固溶处理温度得到均匀合适的晶粒尺寸是十分必要的。
8种固溶处理样品的晶粒组织照片如图2所示。从中可见:冷轧状态的Inconel690合金管经固溶处理后所有试样均为充分再结晶的等轴晶。经1030~1050℃处理后,合金已充分回复再结晶,此时晶粒尺寸基本无明显变化。当固溶温度达1060℃时,合金的晶粒开始长大。当固溶温度升高到1070℃时,合金的晶粒急剧长大,其晶粒平均尺寸随固溶温度的变化趋势见图3所示。
1030℃固溶处理的Inconel690合金晶粒平均尺寸约为36μm。当固溶温度增加到1070℃时,合金晶粒明显长大,平均尺寸增加52%左右,固溶温度升高到1130℃时,Inconel690合金晶粒平均尺寸达60μm。因此,固溶温度对Inconel690合金晶粒大小有明显影响。
这是因为Inconel690合金在形变和固溶处理作用下，通过回复和部分再结晶或再结晶造成晶界迁移,晶界迁动引起晶粒间相互并吞,晶粒长大。在一定的保温时间下,固溶温度越高,Inconel690合金晶体中各种缺陷越易重新排列甚至部分消除，这样晶体越易发生回复和再结晶,晶界迁移速度越快,晶粒尺寸越大。
2.3固溶温度对合金显微组织的影响
由图4(a)可明显观察到:Inconel690合金的显微组织是奥氏体基体。上分布着颗粒状的(Fe,Cr,Ni)2C6碳化物。碳化物颗粒主要沿晶界不连续或半连续析出，同时晶内也存在少量的(Fe,Cr,Ni)2C6和Ti(C,N)。
Inconel690合金固溶处理目的之一是将(Fe,Cr,Ni)2℃6等相尽量溶解入基体中，以得到单相组织图。因此确定碳化物完全溶解温度对研究Inconel690合金固溶处理制度至关重要。一般来说,固溶温度越高,合金元素扩散能力越强,碳化物越易溶人基体内。由不同固溶处理制度得到的Inconel690合金显微组织将有一定差异,如图4所示。从中可以看出:1030℃固溶处理的Inconel690合金,晶界有较多的碳化物沉淀,而晶内则有少量较粗大的碳化物颗粒;随着固溶温，度升高,大部分碳化物颗粒回溶,碳化物数量呈减少的趋势、固溶温度达到1070℃时，Incoel690合金晶界处几乎不存在碳化物颗粒,晶内碳化物数量减少,颗粒尺寸变小;当固溶温度升高到1090℃时，在扫描电镜下已几乎观察不到(Fe,Cr,Ni)2℃沉淀相,表明(Fe,Cr,Ni)z℃型碳化物已完全溶解。
另外,本试验还从理论上验证了固溶温度对Inconel690合金中析出相(Fe,Cr,Ni)2℃6数量的影响。固定其它他条件,如成分、压力不变,利用Themmo-Cal℃热力学软件,计算温度在一定范围内变化所得到的(Fe,Cr,Ni)2℃。含量(如图5)。
从中可见:Inconel690合金中碳化物最大析出量为0.45%(摩尔分数)。温度高于700℃时,碳化物含量急剧下降,1050℃时,(Fe,Cr,Ni)2℃6几乎完全溶解。因此从理论上证明,为了获得单一的奧氏体组织,Inconel690合金的固溶温度应选择在1050℃以上。
