Incoloy825合金晶间腐蚀原因分析

・２６・

材料开发与应用

２００９年８月

文章编号：１００３－１５４５（２００９）０４－００２６－０４

Ｉｎｅｏｌｏｙ８２５合金晶间腐蚀原因分析

杨俊峰，范芳雄，李墨，白杨

（中国船舶重工集团公司第七二五研究所，河南洛阳４７１０３９）

摘要：研究了两批次Ｉｎｃｏｌｏｙ８２５合金晶间腐蚀性能的差异，分析了合金的微观结构，结果表明，ＴｉＣ在晶界的析出导致材料耐晶间腐蚀性能变差。为了保证材料的耐晶间腐蚀性能，热加工过程中应在ＴｉＣ的析出温度范围内进行反复变形，使ＴｉＣ弥散分布在奥氏体晶粒内部，以保证材料耐晶问腐蚀性。关键词：Ｉｎｅｏｌｏｙ８２５；晶间腐蚀；ＴｉＣ；热加工工艺中图分类号：ＴＧｌ７４．３＋３

文献标识码：Ａ

Ｉｎｅｏｌｏｙ８２５合金具有良好的耐应力腐蚀开裂性能、点腐蚀和缝隙腐蚀性能，具有较好的抗氧化性和非氧化性热酸性能，在温度高达５５０℃的高温时都具有很好的力学性能。主要应用于硫酸酸洗设备中的加热管、容器、筐，海水冷却热交换器、海洋产品管道系统、酸性气体环境管道、石油精炼中的空气热交换器等。

Ｉｎｃｏｌｏｙ８２５合金为Ｆｅ－Ｎｉ基耐蚀合金，本文对比研究两个批次Ｉｎｅｏｌｏｙ８２５合金锻棒的晶间腐

蚀试验数据，分析晶间腐蚀性能差异的原因，探讨Ｉｎｃｏｌｏｙ８２５合金的热加工工艺对最终产品的耐晶间腐蚀性能的影响，为ｌｎｅｏｌｏｙ８２５合金的应用提供理论依据。

１

材料、工艺及试验方法

试验用Ｉｎｃｏｌｏｙ８２５合金化学成分见表１，试样锻造及热处理工艺见表２。

％

Ｍｏ２．６８２．６０

Ａ１０．１３５０．１７０

Ｔｉ０．８６０．９８

Ｃｕ１．４７

表１试样的化学成分（埘）

编号

Ｃ

Ｓｉ０．３３００．１６４

Ｍｎ０．６３００．４１９

Ｓ０．０１０．０１

Ｐ

Ｃｒ２０．９０２０．０７

Ｎｉ３８．３３３９．３６

１０１’０．０１９

１１．１。０．０１６

０．０２５

０．０３４

１．５５

表２试样锻造及热处理工艺

ｔａ６００扫描电子显微镜及ＧｅｎｅｓｉｓＸｌ坦２ｘ射线能

谱仪观察腐蚀试样截面显微组织，从试样中部切取０．４ｍｍ薄片，制取透射电镜试样，采用ＰｈｉｌｉｐｓＣＭ２００透射电镜观察析出相。

２试验结果与讨论

沿轴向线切割取３０ｍｍ×２０ｒａｍ×３ｒａｍ试样，试样在试验炉中进行６７５０Ｃｌｈ敏化处理。在磨床上加工试样６面至Ｒ．１．６ｐ，ｍ，按照ＡＳＴＭ

Ａ２６２

２．１晶间腐蚀试验

两批次的腐蚀数据试验结果如表３。晶间腐蚀试验后１０１’、１１一ｌ。试样表面形态如图１，１０１’试样依然有金属本色和较好的光洁度，局部区域

略微发黄，１１．１。试样全部变成黑色，试样原有的

《测定不锈钢晶间腐蚀敏感性的推荐方法》方法Ｃ硝酸试验（相当于ＧＢ／Ｔ４３３４．３—２０００）进行耐晶间腐蚀试验。

腐蚀试验后将试样从中间剖开，采用Ｑｕ肌．

收稿日期：２００９—０４—１６

金属表面已基本被腐蚀掉。结合腐蚀试验数据，两试样的腐蚀性能有较大差异。

第２４卷第４期

杨俊峰等：Ｉｎｃｏｌｏｙ８２５合金晶间腐蚀原因分析

。２７・

图３

图１

１０１’，１１－１’试样腐蚀形貌

１０１。腐蚀形貌

Ｉｎｅｏｌｏｙ８２５合金从高温到常温均为奥氏体组织，通常情况下，奥氏体不锈钢的晶间腐蚀是敏化处理时，碳向晶粒间界的扩散较铬快，因此在晶粒间界及其临近区域的铬由于（ＣｒＦｅ）∞Ｃ。在晶粒间界的沉淀而发生贫化现象。如铬含量降低至钝化所需的铬含量极限以下，由于构成（大阴极一小阳极）的微电池，加速了沿晶粒间界的腐蚀…。资料显示，Ｉｎｅｏｌｏｙ８２５合金在中温敏化处理时，在晶界上将出现富Ｃｒ的Ｍ为Ｃ。沉淀，进

而导致在沸腾６５％（质量浓度）ＨＮＯ，中的晶间

２．２化学成分对晶间腐蚀性能的影响

对比两试样的化学成分，主要成分基本一致，Ｃ含量均在０．０２％（质量分数）以下，１１．１。试样Ｔｉ／Ｃ（质量分数）比为６１，１０１。试样Ｔｉ／Ｃ（质量分数）比为４５，用Ｔｉ稳定Ｃ的奥氏体其Ｔｉ／Ｃ越高，合金的耐晶间腐蚀性能越好，从化学成分分析，１０１。试样的耐晶间腐蚀性能应该比１１－１。试样差，而试验结果恰恰相反。

２．３微观组织

扫描电镜下两试样表面形态见图２、图３，１１．１＋试样表面晶粒大部分已经脱落，次表层晶粒也有部分脱落，裸露的晶粒表面上有很少的腐蚀孔。１０１。试样已经出现晶间腐蚀裂纹，表面无晶粒脱落。１１．１。试样比１０１。试样的腐蚀情况严重。

腐蚀呤Ｊ。两试样的截面微观组织对比见图４、图５，１０１’试样在晶粒内部有部分弥散分布的纳米级夹杂物，对比图４、５，试样晶界上很干净，没有析出相。由两试样的化学成分看，Ｃ含量都在０．０２％以下，除去０．０１％固溶的碳（见图９），剩余不足０．０１％的碳难以形成Ｍ∞Ｃ。型析出，基本可以排除Ｍ∞ｃ。型析出相导致的晶间腐蚀。

在ＴＥＭ下观察两试样的晶界形态，１１－１。试

样晶界上存在细小的析出物（图６）。析出相大

小约ｌＯＯｎｍ，呈细长轴状，长大方向沿晶界方向，

并与之成一定夹角，图６中观察到析出相相位一

致，尺寸相当，应为同一类型的析出相。该相的能谱分析见图８，从能谱中可以明显看出该相含Ｔｉ较高，该析出相的电子衍射图谱见图１０，结合

图２

１１．１。腐蚀形貌

Ｉｎｃｏｌｏｙ８２５合金的成分，确定该相为ＴｉＣ。

・２８・

材料开发与应用

２００９年８月

图４

１１．１。试样微观形貌

图５１０１。微观形貌

２．４分析讨论

从以上试验结果可知，两试样的晶间腐蚀性能差别很大的原因是晶界上存在ＴｉＣ析出相。ＴｉＣ为高温析出相，约从８００℃开始形成，９００℃左右形成最快，８９７—９５４℃大量细小的ＴｉＣ分散沉淀，随温度升高ＴｉＣ又开始溶解，从９００℃加热到１２００℃，ＴｉＣ数量不断减少，１１５０℃以上具有高的溶解速度，当温度超过１１５０℃时。ＴｉＣ会大量溶解ｐ’。

ＨＮＯ，为强氧化性酸，不仅对Ｍ为Ｃ６型析出相导致的晶界贫Ｃｒ产生腐蚀，还对ＴｉＣ型的晶界析出相产生腐蚀。２０世纪７０年代曾经报道过含Ｔｉ或Ｎｂ的奥氏体不锈钢融化焊接时，在焊接热影响区内出现由于ＭＣ沉淀引起的“刀口腐蚀”【．Ｊ。从本文以上的分析可知，ＩＩ一１’试样的晶间腐蚀与融化焊接的刀口腐蚀的机理相同：都是ＭＣ型析出相在晶界沉淀导致的。含Ｔｉ及Ｎｂ的不锈钢融化焊接产生的刀口腐蚀原因为热影响区在高于１２００℃条件下ＭＣ型碳化物溶解后在晶界析出导致的，而本文中的试样均是经过９００—１１８０℃自由锻造成型，没有经过１２００℃以上的高温。两试样都经过９４０℃稳定化处理，６７５℃敏化处理，１１－１。试样晶界的ＴｉＣ析出只可能是稳定化处理时形成的，由图９【５１可知，在９８０℃以下，

碳在Ｉｎｃｏｌｏｙ８２５合金中的固溶度为Ｏ．０１％（埘）。那么在热加工完成后，１１．１’试样中应存在较多的

固溶态的碳，在稳定化处理过程中碳与Ｔｉ结合形

成ＴｉＣ沉淀，结合ＴｉＣ的形成温度及Ｃ在８２５合金中的固溶度关系，１１－１’试样的最终热加工温度应该在１０５０℃以上。热加工完成后奥氏体中固溶有过饱和的碳，在稳定化退火过程中过饱和的碳与Ｔｉ结合形成ＴｉＣ沉淀。

要防止Ｉｎｃｏｌｏｙ８２５合金出现晶间腐蚀倾向，

除了常规的降低ｃ含量，还应提高Ｔｉ／Ｃ等成分

比例，在热加工过程中应在ＴｉＣ大量析出的温度区间内反复变形，使形成的ＴｉＣ弥散分布在奥氏体机体中。

图６

１１．Ｉ。试样晶界析出相

图７

１１．Ｉ。试样晶界析出相［０１０］晶

带轴电子衍射花样

第２４卷第４期杨俊峰等：Ｉｎｃ０１０ｙ８２５合金晶间腐蚀原因分析

’２９・

３

结论

（１）晶界上形成的ＴｉＣ沉淀将导致１１１．

ｃｏｌｏｙ８２５合金在氧化性酸中发生晶问腐蚀。

（２）要防止Ｉｎｃｏｌｏｙ８２５合金出现晶间腐蚀倾向，除了常规的降低ｃ含量，提高Ｔｉ／Ｃ等成分比以外，在热加工过程中应在ＴｉＣ大量析出的温度区间内反复变形，使形成的ＴｉＣ弥散分布在ＩＩｌ—

Ｅ／ｋｅＹ

ｃｏｌｏｙ８２５合金奥氏体机体中。

参考文献：

［１］

肖纪美．不锈钢的金属学问题［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，２００６．１７１．

［２］陆世英，等．镍基及铁镍基耐蚀合金［Ｍ］．北京：化

学工业出版社．１９８９．３４４．［３］

张义平．１Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ晶间腐蚀及热处理工艺研究［Ｊ］．煤矿机械，２００６，２７（７）：１１９．

［４］任凌波，等．压力容器腐蚀与控制［Ｍ］．化学工业出

版社，２００３．４２６．［５］

Ｅ．ＬＲＡＹＭＯＮＤ．ＭｅｃｈａｎｉｓｍｓｏｆｓｅｎｓｉｔｉｚａｔｉｏｎｅｍｄｂｌｉｚａｔｉｏｎｏｆＩｎｃｏｌｏｙ

ｓｔａ－

图８晶界析出相能谱分析

ｐ瓷魄

固溶态的碳台童（埘）／％

图９

Ｉｎｃｏｌｏｙ８２５合金中碳的固溶度曲线

Ｎｉｅｋｄ－－ｉｏｔａ—－Ｏｔｒｏｍｉｕｍａｌｌｏｙ８２５

［Ｊ］．Ｃ０ｍ矗∞一ＮＡＣＥ，１９６７，２４：１８０．

ＩｎｔｅｒｇｒａｎｕｌａｒＣｏｒｒｏｓｉｏｎＣａｕｓｅＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＩｎｃｏｌｏｙ８２５

ＹＡＮＧ

Ｊｕｎ－ｆｅｎｇ，ＦＡＮ

Ｆａｎｇ—ｘｉｏｎｇ，ＬＩ

Ｍｏ，ＢＡＩ

ｙ口昭

（ＬｕｏｙａｎｇＳｈｉｐＭａｔｅｒｉａｌＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｌｕｏｙａｎｇ４７１０３９，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＤｉｆｆｅｒｅｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｔｗｏｂａｔｃｈｅｓｏｆａｌｌｏｙＩｎｅｏｌｏｙ８２５ｉｎｉｎｔｅｒｇｒａｎｕｌａｒｃｏｒｌ＇ｏｓｉｏｌｌｐ既ｆｏｒｍａｎｃｅｉｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅｍｉｒｅｍ－

ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ

ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ

ｔｏ

ｍａｎｉｆｅｓｔｓｔｈａｔｉｔｉｓＴｉＣｐｒｅｕｐｉｔａｔｅｄｉｎｃｒｙｓｔａｌｂｏｕｎｄａｒｙｂｒｏｕｇｈｔ

ｃｏｎ＇０６１０ｎ

ａＷＯＦＳｅ

ｉｎｔｅｒｇｎｍｕｌａｒｃｏｒｒｏｓｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．

ａｔ

Ｉｎｏｒｄｅｒ

ｏｎｓｕｌ七ｔｈｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｉｎｔｅｒｇｒｓｎｕｌａｒ

ｔＯ

ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｒｅｐｅａｔｅｄ

ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ

ＴｉＣｐｒｅｃｉｐｉｒａｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｓ

ｎｅｃｅｓｓａｒｙｉｎｈｏｔｆｏｒｍｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ

ｍａｋｅＴｉＣｄｉｓｐｅｒｓｅｄｉｎｔｈｅａｕｓｔｅｎｉｔｉｃ目＿ａｉｎｓ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｉｎｃｏｌｏｙ８２５；Ｉｎｔｅｒｇｒａｎｕｌａｒｃｏｒｒｏｓｉｏｎ；ＴｉＣ；Ｈｏｔｆｏｒｍｉｎｇ