表面狀態(tài)對(duì)N06625 鎳基合金去應(yīng)力熱處理后腐蝕性能的影響

廖 嬌

（1.上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院， 上海 200062；2.上海壓力管道智能檢測(cè)工程技術(shù)研究中心， 上海 200062）

近些年石油和化工產(chǎn)品的社會(huì)需求持續(xù)增加，其使用性能也在向著多樣化發(fā)展，其中溫度、壓力的提高， 介質(zhì)中氯化物和硫化物數(shù)量的增加要求材料具有更佳的耐腐蝕性能， 普通金屬材料已無法滿足嚴(yán)苛工況下使用的設(shè)備要求［1］。 鎳基合金對(duì)包括全面腐蝕、局部腐蝕、應(yīng)力腐蝕以及晶間腐蝕在內(nèi)的多種形式的腐蝕破壞均有出色的耐抗性，而且具備優(yōu)異的的機(jī)械加工性能、可焊接性能以及力學(xué)性能， 因此被廣泛應(yīng)用于環(huán)境惡劣的腐蝕工況下［2-4］。 N06625 鎳基合金材料在某些生產(chǎn)制作過程（如管子彎制、板材卷制或復(fù)合板爆炸復(fù)合）中會(huì)產(chǎn)生一定程度的殘余應(yīng)力，如果應(yīng)力得不到有效釋放， 就可能會(huì)因設(shè)備局部應(yīng)力過大而導(dǎo)致整個(gè)設(shè)備變形或報(bào)廢失效［5-8］。因此常常需要進(jìn)行去應(yīng)力熱處理來消除制造過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。 而去應(yīng)力熱處理會(huì)給材料的耐腐蝕性能帶來一定程度的傷害， 特別是在材料表面清潔度不夠，存在附著油污時(shí)，更會(huì)在一定程度上影響材料的腐蝕性能［9-10］。 為進(jìn)一步探究表面狀態(tài)對(duì)N06625鎳基合金去應(yīng)力熱處理后腐蝕性能的影響， 文中通過腐蝕試驗(yàn)和金相檢測(cè)試驗(yàn)獲取試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)比分析不同表面狀態(tài)下N06225 鎳基合金材料在去應(yīng)力熱處理后的腐蝕速率， 優(yōu)選去應(yīng)力熱處理前母材表面處理方式。

1 鎳基板材熱處理工藝試驗(yàn)

1.1 工藝方案

針對(duì)N06625 鎳基合金板材熱處理制定3 種工藝，①消應(yīng)力熱處理（SR）。 ②最小熱處理（Min PWHT）。 ③最大熱處理（Max PWHT）。

SR 操作參數(shù)根據(jù)復(fù)合板板材廠家推薦確定，本次SR 的溫度為570 ℃，保溫時(shí)間為3 h。

Min PWHT 指對(duì)試樣進(jìn)行特定條件下的熱處理，用以模擬最小的熱處理（奧氏體化，回火和一次焊后熱處理循環(huán)， 以及超過482 ℃的中間應(yīng)力釋放）。 操作溫度的確定要綜合考慮設(shè)備卷制過程、焊接后的設(shè)備整體材料焊后熱處理的需求，保溫時(shí)間的確定要綜合考慮項(xiàng)目的要求、 工廠內(nèi)可能發(fā)生的生產(chǎn)返修、 預(yù)留到現(xiàn)場(chǎng)可能的一次返修時(shí)間以及設(shè)備基層的厚度等影響因素。 本次模擬Min PWHT 熱處理試驗(yàn)操作參數(shù)確定為620 ℃下保溫3.3 h。

Max PWHT 指對(duì)試樣進(jìn)行特定條件下的熱處理，用以模擬所有制造時(shí)期的熱處理，包括奧氏體化和回火、 所有高于482 ℃的中間應(yīng)力釋放熱處理、最終焊后熱處理、可能的車間返修焊后熱處理循環(huán)及業(yè)主將來可能用到的最小的附加焊后熱處理等。本次模擬Max PWHT 熱處理試驗(yàn)操作參數(shù)確定為620 ℃下保溫11 h，同時(shí)腐蝕速率要求為不大于0.91 mm/a。

1.2 樣板制備

熱處理試驗(yàn)選擇的鎳基板材牌號(hào)為SB-444 N06625， 厚度為4 mm。 采用線切割方式從原始N06625 板材（入庫(kù)未使用狀態(tài)）上選取3 組試樣，分別用編號(hào)標(biāo)記為01#、02#、03#。 選擇現(xiàn)場(chǎng)流轉(zhuǎn)的NO6625 板材， 用相同的方式在其上取6 組試樣，在其表面均勻涂刷防銹油， 模擬現(xiàn)場(chǎng)板材表面有油污的情況。 取其中3 組試樣用編號(hào)標(biāo)記為1#、2#、3#， 余下3 組試樣進(jìn)一步做表面脫脂處理，用編號(hào)標(biāo)記為4#、5#、6#。 每塊試樣的尺寸（長(zhǎng)×寬×厚）均為150 mm×200 mm×4 mm。

2 熱處理后腐蝕性能試驗(yàn)

2.1 供貨狀態(tài)表面

根據(jù)制定的熱處理參數(shù)， 對(duì)01#試樣不進(jìn)行熱處理，對(duì)02#試樣進(jìn)行SR+ Min PWHT，對(duì)03#試樣進(jìn)行SR+ Max PWHT。 熱處理完成后，按照ASTM G28-A—2002 （Reapproved 2015） 《Standard Test Method for Detecting Susceptibility to Intergranular Corrosion in Wrought,Nickel-rich, Chromium-bearing Alloys》［11］分別進(jìn)行01#、02#、03#試樣的腐蝕速率測(cè)定試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)間為120 h，試驗(yàn)測(cè)得的腐蝕速率見表1。

表1 供貨態(tài)表面N06625 材料腐蝕速率測(cè)定結(jié)果

從表1 中的腐蝕速率數(shù)據(jù)可以看出， 供貨狀態(tài)表面SB-444 N06625 鎳基板材不進(jìn)行熱處理、進(jìn)行熱處理后的腐蝕速率均滿足本研究所屬項(xiàng)目要求的不大于0.91 mm/a 的使用要求。

2.2 表面涂油狀態(tài)

根據(jù)制定的熱處理參數(shù)， 對(duì)1#試樣進(jìn)行SR，對(duì)2#試樣進(jìn)行SR+ Min PWHT，對(duì)3#試樣進(jìn)行SR+Max PWHT。 應(yīng)力模擬熱處理完成后， 按照ASTM G28-A—2002 （Reapproved 2015） 進(jìn)行1#、2#、3#試樣的腐蝕速率測(cè)定試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)間為120 h，試驗(yàn)測(cè)得的腐蝕速率見表2。

表2 表面涂油狀態(tài)N06625 材料腐蝕速率測(cè)定結(jié)果

從表2 中的腐蝕速率數(shù)據(jù)可以看出，2#、3#試樣的腐蝕速率遠(yuǎn)超該項(xiàng)目要求的0.91 mm/a，這說明材料表面的耐腐蝕性發(fā)生了大幅下降。 這種大幅下降不符合N06625 合金材料長(zhǎng)時(shí)間在熱處理溫度區(qū)間內(nèi)停留時(shí)，晶界上會(huì)有碳化物析出，從而導(dǎo)致材料耐腐蝕性下降的情況。 考慮到這3 塊試樣在做熱處理前，表面都刷有防銹油，推斷很有可能是表面油脂在熱處理時(shí)對(duì)材料性能產(chǎn)生影響，導(dǎo)致腐蝕速率的增加［12-13］。

2.3 表面脫脂狀態(tài)

為了查明是否是由于熱處理時(shí)表面油脂的影響導(dǎo)致耐腐蝕性下降， 選擇材料表面進(jìn)行完全脫脂處理的試樣4#、5#、6#分別進(jìn)行SR、SR+ Min PWHT、SR+ Max PWHT。 應(yīng)力模擬熱處理完成后，按照ASTM G28-A—2002（Reapproved 2015）分別進(jìn)行4#、5#、6#試樣的腐蝕速率測(cè)定試驗(yàn)， 試驗(yàn)時(shí)間為120 h，試驗(yàn)測(cè)得的腐蝕速率見表3。

表3 表面脫脂N06625 材料腐蝕速率測(cè)定結(jié)果

本研究所屬項(xiàng)目要求的鎳基板材腐蝕速率為不大于0.91 mm/a。 從表3 中的腐蝕速率數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)過脫脂處理后重新熱處理后，試樣的腐蝕速率符合項(xiàng)目要求。

3 熱處理后材料金相組織檢測(cè)及分析

3.1 掃描電鏡分析

針對(duì)表面有油脂的試樣在去應(yīng)力熱處理后進(jìn)行腐蝕試驗(yàn)后出現(xiàn)明顯的腐蝕速率下降的情況， 選擇前述3#試樣的表層及表層下0.3 mm 處組織進(jìn)行制樣, 并在掃描電鏡下觀察其晶界析出物的分布情況，見圖1。

圖1 3#試樣晶界析出掃描電鏡圖（20 000×）

圖1 顯示，越接近試樣表面位置，晶界析出物越多。

3.2 掃描電鏡分析

3.2.1 3#試樣

在3#試樣上選取2 個(gè)位置（圖2），采用能譜儀進(jìn)行試樣晶界上析出物成分分析， 得到位置M23C6 和位置M6C 能譜檢測(cè)圖,見圖3。

圖2 能譜分析位置（20 000×）

圖3 3#試樣晶界析出物電鏡掃描圖(10 000×）

基于圖3 分析結(jié)果進(jìn)行判斷可知， 析出物為Cr23C6和M6C 碳化物的混合物，這說明造成腐蝕速率增加的主要原因是， 碳化鉻在晶界上析出造成晶格內(nèi)鉻元素的偏析，從而產(chǎn)生晶間腐蝕，其碳化鉻在晶界上析出嚴(yán)重，造成合金腐蝕速率超標(biāo)［14］。

3.2.2 2#試樣和5#試樣

在掃描電鏡下對(duì)上述2#試樣、5#試樣進(jìn)行晶界析出物觀察， 得到了試樣晶界析出物電鏡掃描圖，見圖4。

圖4 2#和5#試樣晶界析出物電鏡掃描圖（10 000×）

對(duì)比圖4a 和圖4b 可以發(fā)現(xiàn), 表面附著油脂的狀態(tài)下，進(jìn)行熱處理后2#試樣晶界上的析出物較進(jìn)行脫脂處理后5#試樣上晶界上的析出物多，說明材料表面的油脂會(huì)使試樣在熱處理時(shí)發(fā)生滲碳現(xiàn)象， 導(dǎo)致碳元素進(jìn)入晶格內(nèi)與合金中的鉻元素聚集并在晶界上析出， 晶界上Cr23C6的析出導(dǎo)致晶內(nèi)鉻元素發(fā)生偏析， 從而極大影響材料的耐腐蝕性能，因此可以得出推論，這是表面涂油試樣在熱處理后的耐腐蝕速率急劇增大的原因［15］。

4 結(jié)束語(yǔ)

為優(yōu)選應(yīng)力熱處理前母材表面處理方式，進(jìn)行了N06625 鎳基合金板材的去應(yīng)力熱處理試驗(yàn)、 腐蝕速率測(cè)定試驗(yàn)以及金相組織和成分分析研究。 結(jié)果表明，材料表面有油污，熱處理后其耐腐蝕性能會(huì)大幅下降。原因是，材料表面的油污會(huì)被加熱燃燒， 分解出的碳及碳化物通過表面滲碳作用，使晶界上析出了Cr23C6。 針對(duì)這種情況，可以在熱處理前采取適當(dāng)?shù)娜コ臀鄞胧?只要將表面油污去除干凈， 就可以達(dá)到熱處理后其耐腐蝕性能輕微下降， 但仍可滿足材料腐蝕性能使用要求的目的。