C276+Q245R復合板退火工藝研究

范宇亮，王強達

(太原鋼鐵集團(有限)公司 復合材料廠，山西 忻州 035407)

哈氏合金C276是一種含鎢的Ni-Cr-Mo鎳基合金，其碳、硅含量極低，鎳含量高達50%以上。其在氧化和還原環(huán)境下，對大多數腐蝕介質具有優(yōu)異的耐腐蝕性，同時具有出色的耐點蝕、縫隙腐蝕和應力腐蝕開裂性能，被譽為“萬能的抗蝕合金”，常應用于苛刻的化工環(huán)境中[1]。本文研究的C276+Q245R復合板是利用爆炸焊接的方法生產的復合材料，其既能發(fā)揮復層C276優(yōu)異的耐腐蝕性能，又能節(jié)省昂貴的鎳基合金材料，有著不可替代的優(yōu)勢和作用。

在C276+Q245R復合板的生產過程中，爆炸焊接使材料產生了加工硬化和內應力，其力學性能表現為強度升高和伸長率降低，沒有滿足相關標準規(guī)定和使用要求，因此需要通過熱處理來恢復性能[2-3]。C276的供貨狀態(tài)為1 120 ℃左右的固溶處理，在一定溫度范圍內容易出現碳化物和μ相析出，導致耐腐蝕性下降[4]；因此，需要慎重選擇C276+Q245R復合板的退火工藝。C276敏化曲線如圖1所示。

圖1 C276敏化曲線(ASTM G28 A法)

1 試驗過程

1.1 試驗材料

試驗所用C276+Q245R復合板厚度為(3+12) mm，2種材料的化學成分和力學性能分別見表1和表2。

表1 材料的化學成分(質量分數) (%)

表2 材料的力學性能

1.2 試驗方案

根據2種材料的特性，制定不同的退火制度進行試驗。由C276的特性可知，無法按照Q245R的正火工藝進行處理，熱處理溫度的選擇應避開其敏化區(qū)間，因此選擇固溶處理和低溫退火等2種溫度范圍進行試驗，具體方案見表3。

表3 試驗方案

2 試驗結果分析

檢驗不同試驗方案下試板的理化性能，利用光學顯微鏡(OA)和帶有能譜(EDS)的掃描電鏡(SEM)對C276進行微觀組織分析。理化性能檢驗結果見表4。

表4 理化性能檢驗結果

由表4可以看出，在固溶處理工藝下，復合板加工硬化得到了消除，強度下降明顯，塑性也得到了改善，但吸收能量下降明顯，說明加熱溫度過高導致基材Q245R性能惡化。

對比表4中4組低溫工藝試驗結果可知，隨著保溫時間的延長和溫度的升高，強度呈下降趨勢，伸長率得到了一定改善，但效果不夠明顯，且仍低于標準值。說明由于保溫溫度和時間限制，復合板硬化層再結晶轉變不充分，加工硬化現象消除不徹底。

由表4耐腐蝕性檢驗結果可知，幾種工藝制度下材料的耐腐蝕性未發(fā)生明顯變化。觀察方案1、3、5和爆炸態(tài)試板復層C276微觀組織(見圖2)，均為奧氏體組織，無析出相，可見沿軋制方向的應力線，經二次固溶處理后，應力線減輕。但方案1試樣晶粒明顯變大，晶粒度為3.5級(原始狀態(tài)為6級)，這是由于對試板進行二次固溶處理導致的。

圖2 不同方案復層金相組織

3 改進試驗與實踐

由上述試驗及分析結果可知，C276+Q245R復合板宜采用低溫退火工藝進行熱處理，且保溫時間足夠長，溫度足夠高，以充分消除爆炸復合產生的加工硬化。在方案5的基礎上增加保溫時間，理論上能夠達到目的，但整個保溫時間過長，實際生產中作業(yè)效率低，并非最佳方案。有文獻對C276不同加熱制度下的耐腐蝕性能做過研究，在700 ℃及以上加熱開始才會有碳化物和μ相析出，耐腐蝕性出現下降[5]。按照上述思路確定改進方案進行試驗，試驗結果見表5。

表5 試驗方案及結果

由表5可以看出，對C276+Q245R復合板采用分段低溫退火的工藝獲得了理想的性能結果。取試樣觀察復層C276顯微組織(見圖3)，并對可疑相進行能譜分析(見圖4)。結果表明，復層組織為奧氏體組織，與原始材料組織相同，無析出相出現。在實際生產中，采用該工藝生產的產品性能穩(wěn)定，作業(yè)效率較高。

圖3 C276顯微組織

圖4 能譜分析

4 結語

通過上述研究，可以得出如下結論。

1)對哈氏合金C276重復進行固溶處理會導致材料晶粒粗大。

2)哈氏合金C276在700 ℃以下短時間內進行熱處理不會出現析出相。

3)在改善爆炸復合板加工硬化時，低溫退火溫度越高，時間越長，加工硬化現象的改善越明顯。

4)復合板的熱處理需要兼顧2種材料的特性，尤其應關注復層出現析出相從而導致耐蝕性降低的現象。

[1] 孫萬田. 哈氏合金(Hastelloy C-276)管道的焊接[J]. 電焊機，2011，41(1)：58-60.

[2] 鄭遠謀，黃榮光，陳世紅. 爆炸復合材料中金屬的強化[J]. 工程爆破，2000，6(1)：25-31.

[3] 謝紹祥，王虎，鄭永，等. 耐壓夾芯復合板制備工藝[J]. 工程塑料應用，2017, 45(3)：78-81.

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