英科耐爾合金系列-上海真賦實業(yè)有限公司-主要不銹鋼|鎳基合金|鈦合金等高端特種鋼材 Inconel 625介紹: 625合金具有優(yōu)異的耐腐蝕性和抗氧化性，從低溫到980℃均具有良好的拉伸性能和疲勞性能，耐鹽霧氣氛下的應力腐蝕。因此，它可以廣泛應用于制造航空發(fā)動機部件、航空航天結(jié)構(gòu)部件和化工設(shè)備以及接觸海水并承受高機械應力的場合。 外對應牌號 供貨規(guī)格 圓鋼、棒材、帶材、板材、線材、管材供應 化學成分 C：≤0.10，Mn：≤0.50，Si：≤0.50，P：≤0.015，S：≤0.015，Cr：20.0~23.0，Ni：54.0~60.0，Mo：8.0~10.0，Ti：≤0.40，Al：≤0.40，F(xiàn)e：≤5.0，Nb：3.15~4.15 物理性能 合金在常溫下的機械性能MIX 特性 A.各種腐蝕介質(zhì)對氧化還原環(huán)境具有優(yōu)異的耐腐蝕性 B.耐點腐蝕和縫隙腐蝕性能優(yōu)異，氯化物引起的應力腐蝕不會開裂 C.硝酸、磷酸、硫酸、鹽酸、硫酸和鹽酸的混合酸等優(yōu)異的耐無機酸腐蝕性 D.優(yōu)異的耐各種無機酸混合溶液腐蝕性 E.溫度達40℃時，在各種濃度的鹽酸溶液中表現(xiàn)出良好的耐腐蝕性 F.良好的加工和焊接，無焊后開裂敏感性 G.壁溫為-196~450℃壓力容器制造認證 H.美國腐蝕工程師協(xié)會NACE 標準認證（MR-01-75)符合酸性氣體環(huán)境使用標準等級VII 金相結(jié)構(gòu) 625是面心立方晶格結(jié)構(gòu)。當在約650℃保溫足夠長時間后，碳顆粒沉淀與不穩(wěn)定的四元相結(jié)合，轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定Ni3(Nb,Ti)斜方晶格相。當在約650℃保溫足夠長時間后，碳顆粒沉淀與不穩(wěn)定的四元相結(jié)合，轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定Ni3(Nb,Ti)斜晶格相。鎳鉻矩陣中的鉬、鈮成分在固溶強化后會提高材料的力學性能，但塑性會降低。 耐腐蝕性 625合金在許多介質(zhì)中具有良好的耐腐蝕性。具有優(yōu)異的抗點蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕和氯化物介質(zhì)的侵蝕性能。硝酸、磷酸、硫酸、鹽酸等具有良好的耐無機酸腐蝕性，在氧化還原環(huán)境中也具有耐堿性和有機酸腐蝕性。抗氯離子還原應力腐蝕開裂有效。在海水和工業(yè)氣體環(huán)境中幾乎沒有腐蝕，對海水和鹽溶液的耐腐蝕性很高，在高溫下也是如此。焊接過程中無敏感性。在靜態(tài)或循環(huán)環(huán)境中具有耐碳化和氧化性，耐氯氣腐蝕。 工藝性能及要求 熱加工 A.熱加工溫度范圍115℃～900℃，冷卻方法為水淬或其它快速冷卻方法。 B.為獲得性能和耐腐蝕性，熱加工后應進行退火處理。 C.加熱時，材料可直接送入加熱頂點工作溫度的爐子，保溫時間足夠（每1000）mm 的厚度需要60 快速出爐，在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)進行熱處理。當材料溫度降低到低于熱加工溫度時，需要重新加熱. 冷加工 A.冷加工材料應退火，加工硬化率大于奧氏體鉻鎳不銹鋼。 B.中間退火需要冷加工。 C.加工量大于15%時，熱加工后退火。 焊接工藝 A.任何傳統(tǒng)焊接工藝都適合焊接. C.焊接材料應固溶，去除氧化皮、油污和各種標記痕跡。 D.焊接前后不再需要熱處理。 應用領(lǐng)域 軟化退火后的低碳合金625廣泛應用于化工行業(yè)，耐腐蝕性好，強度高，可作為薄結(jié)構(gòu)部件使用。625合金可用于接觸海水并承受高機械應力的場合。 A.含氯化物有機化學工藝的部件，特別是在使用酸性氯化物催化劑時 B.蒸煮器和漂白池用于制造紙漿和造紙行業(yè) C.吸收塔、再加熱器、煙氣進口擋板、風扇(潮濕)、攪拌器、導流板、煙道等。煙氣脫硫系統(tǒng) D.用于制造酸性氣體環(huán)境中的設(shè)備和部件 E.乙酸和乙酐反應發(fā)生器 F.硫酸冷凝器 本文通過一系列實驗研究了550mm Inconel 625合金鑄錠的組織，均勻化熱處理對其組織性能的影響。結(jié)果表明，鑄態(tài)合金除基體相外，由于凝固偏析，還會依次形成NbC、Laves、δ-Ni3Nb以及γ"等第二相。結(jié)果表明，鑄態(tài)合金除基體相外，由于凝固偏析，還會依次形成NbC、Laves、δ-Ni3Nb以及γ"等第二相。 γ"鑄錠中的完全固溶溫度為 1000℃，δ沉淀相的峰值溫度為 950℃，其完全固溶溫度為1100℃，Laves初熔溫度約為1185℃。合金鑄錠的均勻化熱處理工藝為：1170℃保溫24h后，升溫至1200℃保溫26h。 Inconel 625 合金是一種耐腐蝕性優(yōu)異的鎳鉻鉬合金，廣泛應用于海洋、石化、核能等行業(yè)。該合金為固溶強化耐腐蝕合金，通過冷加工可獲得1萬多種MPa屈服強度。 國外對該合金的研究較多，主要集中在材料焊接性[1、2]、耐腐蝕性[3]和冷熱加工過程中的組織變化[4~7]上。國內(nèi)李亞敏等研究了長期時效后625合金的沉淀相[8]，張謙等研究了固溶處理對熱等靜壓Inconel 鄧德偉研究了脈沖電流對合金組織和拉伸性能的影響[9]Inconel625合金裂紋尖端組織和性能的影響[10]。 隨著我國高端裝備制造業(yè)的發(fā)展，大錠型 625 合金需求日益迫切。國內(nèi)所有相關(guān)廠家都開始大錠型 625 合金試制工作。由于該合金中有大量的易偏析 Nb、Mo 在大錠的凝固過程中，不可避免地會產(chǎn)生元素的偏析，從而嚴重影響合金的熱加工性能和產(chǎn)品的最終性能。 因此，掌握大錠型625合金的凝固規(guī)律越來越迫切，對大錠型冶煉凝固的研究報告相對較少。 鑒于此，本文研究了550mm大錠型Inconel 為實際生產(chǎn)提供參考，625合金的凝固組織及其在加熱過程中的變化。 1 實驗方法 實驗用 Inconel 625 經(jīng)真空感應冶煉的合金（VIM ESR）得到的550mm 鑄錠，其成分如表1所示。1:1鹽酸水溶液從鑄錠收縮端切割橫向和縱向低倍樣品 5%硝酸熱腐蝕獲得樣品的低倍組織。采用日立S-4300冷場發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)觀察不同熱處理狀態(tài)下樣品的顯微組織。 用電解法提取沉淀相粉，然后用X射線衍射器(XRD)物相分析。電解雙噴制備薄片樣品，然后使用日立H-800透射電子顯微鏡(TEM)選區(qū)電子衍射分析觀察合金中的沉淀。通過Netzsch STA 449C測得樣品的DSC采用共聚焦激光掃描顯微顯微鏡（CLSM）觀察加熱過程中樣品的組織變化。 圖1~3顯示了Inconel 625合金鑄錠不同部位的組織。由于Inconel 625合金含有大量合金Mo、Nb對于易偏析元素，其大錠型鑄錠中必然會有樹枝偏析Ni-Cr-Mo-Nb合金Inconel718研究[11，12]表明，這種合金的偏析規(guī)律是在樹枝間富有Mo、Nb等元素，而枝干部分則貧窮 Mo、Nb 等元素。由圖 1~3 可知，Inconel 625鑄錠從邊緣到心臟的偏析顯著增加。 物理化學相分析表明，鑄錠邊緣試樣的第二相主要是Ti(C,N)由枝晶偏析形成的夾雜物和夾雜物NbC相，其中部分Ti(C,N)以鎂鋁尖晶石為核心形核，如圖4所示；鑄錠R/2主要相位于鑄錠中心NbC相和Laves相。EDS三相成分的分析如表2所示 所 示 。 其 中 Ti（C,N）的 組 成 式 大 致 為（Nb0.18Ti0.77Cr0.03Ni0.02）（C,N），而NbC的組成式為（Nb0.84Ti0.08Cr0.03Ni0.05）C。Ti(C,N)和NbC兩相都是面心立方結(jié)構(gòu)，其中Ti(C,N)形成溫度高，一般在液體合金中形成；NbC是凝固過程中偏析形成的非平衡相。從組成上看，Ti(C,N)中Ti原子分數(shù)超過3/4，Nb含量僅占1/5；NbC中Nb金屬原子分數(shù)約為4/5，Ti原子不到1/10。 兩者在微觀形態(tài)上也有明顯的區(qū)別，其中Ti(C,N)相對規(guī)則的方塊字形狀，NbC如圖5所示，偏析過程中呈深色條狀或塊狀。Laves相主要由Ni，Cr，Mo，Nb在光學顯微鏡下，其他元素組成，呈白色塊狀。 還可以在掃描電鏡下看到Laves如圖6所示，相附近有大量的針狀相和球狀相。透射鏡分析表明，針相對有序的正交結(jié)構(gòu)δ-Ni3Nb相，球相是有序的四方結(jié)構(gòu)γ″-Ni3Nb相，如圖6所示。由于Inconel 625合金中Nb、Mo含量高，除凝固后期液相外L→（γ Laves）由于反應外，在剩余液體中Ni、Mo、Nb等元素濃度高，有利于δ-Ni3Nb和γ″-Ni3Nb相的形核和生長形成δ相和γ″相。這與Inconel 718合金鑄錠中觀察到的結(jié)果是一致的[9]。 2.2 均勻化熱處理對鑄錠組織性能的影響 對Inconel 625合金鑄錠試樣DSC分析表明，合金的熔化溫度范圍為1315℃~1366℃，除合金熔化峰外，在 DSC 曲線上還有一個相對較小的峰值，其放熱峰對應溫度為1188℃，根據(jù)合金的鑄態(tài)組織，可以推斷峰值為Laves相或NbC相的熔化峰。 為確定峰值對應的相，取鑄態(tài)合金相試樣1200℃，4h 固溶處理，合金中出現(xiàn)了新的固溶處理實驗 Laves γ共晶組織，而 NbC 沒有變化，如圖9所示。 為確定峰值對應的相，取鑄態(tài)合金相試樣1200℃，4h 固溶處理，合金中出現(xiàn)了新的固溶處理實驗 Laves γ共晶組織，而 NbC 沒有變化，如圖9所示。Laves 在這個溫度下已經(jīng)初熔，所以DSC曲線中1188℃所對應的是Laves熔化峰的溫度。而NbC峰值不明顯的原因可能是相對較小。 不同溫度的合金鑄錠保溫1h熱處理后，其組織如圖10所示 所示。從圖中可以看出，與鑄態(tài)組織相比，900℃組織保溫1小時后，δ但是，分析顯著增加Laves相附近的γ″未見明顯溶解；950℃時，δ分析量達到最大值，并呈針狀大片分析，γ″相大量溶解；10000℃時，δ分析較多，分散細長 針狀，γ″相完全溶解在基體中；1050℃時，δ與鑄態(tài)組織相比，相析出量明顯減少；1100℃時，δ基本溶解在基體中。上述結(jié)果表明，γ″鑄錠中的完全固溶溫度為1萬℃，δ析出峰值溫度為950℃，其完全固溶溫度為1100℃。上述結(jié)果表明，γ″鑄錠中的完全固溶溫度為1萬℃，δ析出峰值溫度為950℃，其完全固溶溫度為1100℃。 Laves相從1100℃隨著固溶溫度的升高，溶解程度開始顯著增加。當固溶溫度為117℃，經(jīng) 1h 保溫后，溫后 Laves 含量已經(jīng)很小了。進一步升至1185℃，合金中 Laves相出現(xiàn)初熔現(xiàn)象，經(jīng)快速冷卻后形成Laves γ兩相共晶組織表明合金鑄錠 Laves 初熔溫度為1185℃左右，這與DSC測試結(jié)果是一致的。 為了設(shè)計 Inconel 625 合金錠的均勻化熱處理工藝必須保證足夠高的溫度和足夠長的時間，使偏析元素原子能夠充分均勻擴散；但初始均勻化溫度不能高于偏析相的初始熔化溫度，因為偏析相高于溫度后熔化成液相，固液兩相原子擴散緩慢，不利于偏析元素的均勻化。 因此，結(jié)合上述實驗結(jié)果Inconel 625合金鑄錠可采用兩階段均勻化熱處理工藝：1170℃保溫24h后，升溫至1200℃保溫26h。本工藝均勻化后的組織如圖11所示，經(jīng)均勻處理后，合金中可見 Laves 完全溶解在組織中 有一次 MC 相 Ti(C,N)，以及少量NbC相。{n}{n}　　均勻化前后合金的力學性能如圖 12 所示，由圖中可以看到，經(jīng)均勻化后合金的強度較鑄態(tài)組織出現(xiàn)了顯著下降，而塑性和韌性出現(xiàn)了大幅的提高。其延伸率達到63%，而沖擊功達到314J。表3為均勻化前后合金中第二