熱處理對鐵鎳基合金N08800 組織和性能的影響★

李 莎， 王貴平， 趙振鐸

（1.太原鋼鐵（集團(tuán)）有限公司先進(jìn)不銹鋼材料國家重點實驗室；2.山西太鋼不銹鋼股份有限公司技術(shù)中心， 山西 太原 0 30003）

N08800 是一種超低碳奧氏體鐵鎳基合金，具有良好的抗氧化性能以及較高強度，優(yōu)異的耐點蝕和抗應(yīng)力腐蝕性能，在工業(yè)和家用高端電熱管行業(yè)、工業(yè)熱處理爐以及高溫條件下的結(jié)構(gòu)件中得到了廣泛應(yīng)用[1-4]。該合金板材熱處理過程中，會存在第二相的析出、回溶以及晶粒組織再結(jié)晶回復(fù)不充分和晶粒粗化，進(jìn)而影響板材的耐蝕、力學(xué)等性能指標(biāo)。因此，為了獲得組織性能俱佳的N08800 合金板材，本文主要研究熱處理工藝對N08800 板材組織性能的影響，提出較佳的熱處理工藝，為實際熱處理生產(chǎn)工藝的制定提供技術(shù)指導(dǎo)。

1 試驗材料及方法

試驗材料為6 mm 的N08800 熱軋板經(jīng)1 130 ℃/10 min 固溶處理后，再冷軋至2 mm 的板材，其主要化學(xué)成分見表1。將冷軋板試樣在箱式電阻爐中進(jìn)行熱處理，溫度為1 060～1 120 ℃，保溫時間為1～6 min 后水冷。熱處理后的試樣經(jīng)打磨、拋光，采用6%的鹽酸氯化鐵溶液侵蝕，利用LEICA-DMR 金相顯微鏡觀察晶粒組織；用硬度計和電子式材料試驗機測試室溫拉伸性能。按照GB/T 4334 標(biāo)準(zhǔn)中的E法進(jìn)行晶間腐蝕試驗。

表1 試驗材料化學(xué)成分 %

2 結(jié)果及討論

2.1 熱軋板固溶及冷軋態(tài)組織分析

圖1 是N08800 合金熱軋板固溶處理及冷軋態(tài)的微觀組織，從圖1-1 可見，固溶處理后熱軋板組織為單一的奧氏體，組織均勻，無析出相，晶粒度為5級；從圖1-2 可見，熱軋板經(jīng)60%的冷軋變形量后，晶粒沿軋向變形且呈扁長狀，整體來看冷軋變形比較均勻。

圖1 N08800 合金熱軋板退火以及冷軋態(tài)微觀組織

2.2 熱處理對晶粒組織的影響

下頁圖2 和圖3 是N08800 冷軋板在不同條件下熱處理后的顯微組織。由圖2 可見，在1 060 ℃保溫1 min 時，晶粒組織為混晶，僅部分形變組織發(fā)生了再結(jié)晶，帶狀組織明顯，其是由于時間太短導(dǎo)致再結(jié)晶晶核形核時間不足所致；1 060 ℃保溫2 min 時，形變組織已完成再結(jié)晶，晶粒組織較均勻，晶粒度為8～9 級；隨著保溫時間延長至3 min、4 min，晶粒逐漸長大，晶粒度為7～8 級；保溫時間繼續(xù)延長至6 min，開始出現(xiàn)大晶粒吞并小晶粒的長大現(xiàn)象，晶粒度為7～5 級。

圖2 1 060 ℃保溫不同時間后的晶粒組織

由圖3 可見，在1 060～1 120 ℃保溫4 min 條件下，合金均發(fā)生了完全再結(jié)晶，組織均勻，這是由于形變導(dǎo)致合金基體各處存在足夠高的畸變能，在適宜的熱力學(xué)條件下，給再結(jié)晶晶核創(chuàng)造了能量條件，使其在較短時間內(nèi)形成并長大，消耗掉冷加工造成的畸變完成了再結(jié)晶。隨著熱處理溫度的升高，晶粒尺寸逐漸增大，在1 060～1 090 ℃，晶粒逐漸長大；提高至1 120 ℃，晶粒開始粗化，這是由于熱激活作用增強，再結(jié)晶驅(qū)動力增加，形變組織完成再結(jié)晶后晶粒彼此吞并長大導(dǎo)致晶粒長大。

圖3 不同溫度保溫4 min 熱處理后的晶粒組織形貌

2.3 熱處理溫度對力學(xué)性能的影響

表2 是N08800 冷軋板材保溫4 min 后的力學(xué)性能檢測結(jié)果。可以看出，隨著溫度升高，合金的抗拉強度和屈服強度逐漸下降，伸長率逐漸升高。ASTM A240 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定室溫力學(xué)性能：Rp0.2≥205 MPa，Rm＞520 MPa，A50≥30%，根據(jù)試驗結(jié)果可得出熱處理工藝（1 070±10）℃保溫3～4 min 是厚度2.0 mm 的N08800 冷板的較佳熱處理工藝。

表2 N08800 冷板熱處理后室溫力學(xué)性能檢測結(jié)果

2.5 實際生產(chǎn)冷板的組織和性能

N08800 合金2.0 mm 冷板的室溫拉伸測試結(jié)果見表3，冷板性能滿足ASTM A240 標(biāo)準(zhǔn)要求。

表3 N08800 冷板成品的室溫力學(xué)性能結(jié)果

圖6 為N08800 冷板掃描組織，為典型的奧氏體，晶內(nèi)和晶間均未見明顯析出相，晶粒度均為7～8 級。

圖6 N08800 冷板成品的顯微組織

M08800 冷板經(jīng)650 ℃/2 h 敏化后按GB/T 4334標(biāo)準(zhǔn)中的E 法進(jìn)行晶間腐蝕試驗，晶腐試樣壓扁后的宏觀形貌見圖7，試樣表面未發(fā)現(xiàn)晶間腐蝕裂紋，晶腐合格。

圖7 N08800 冷板成品晶腐試樣宏觀形貌

按照ASTM G36 標(biāo)準(zhǔn)對N08800 冷板開展抗應(yīng)力腐蝕試驗，試驗條件為w（MgCl2）=42%溶液，沸騰，試驗200 h。試驗完畢，檢查試樣，無應(yīng)力裂紋，可以看出，N08800 冷板具有優(yōu)異的抗應(yīng)力腐蝕性能。

3 結(jié)論

1）熱處理制度對N08800 合金晶粒尺寸影響較大，在1 060～1 090 ℃范圍內(nèi)，晶粒逐漸長大，在1 120 ℃時，晶粒長大趨勢明顯。

2）熱處理明顯影響N08800 合金的力學(xué)性能。熱處理溫度從1 060 ℃升高至1 120 ℃，合金的強度指標(biāo)逐漸降低，塑性逐漸提高。

3）N08800 合金冷板的較佳熱處理工藝為（1 070±10）℃，保溫時間3～4 min，該工藝下板材的晶粒組織均勻，力學(xué)性能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求且耐蝕性能優(yōu)良。