C276+Q245R復(fù)合板退火工藝研究

范宇亮，王強(qiáng)達(dá)

(太原鋼鐵集團(tuán)(有限)公司 復(fù)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(dá)50%以上。其在氧化和還原環(huán)境下，對(duì)大多數(shù)腐蝕介質(zhì)具有優(yōu)異的耐腐蝕性，同時(shí)具有出色的耐點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕和應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂性能，被譽(yù)為“萬(wàn)能的抗蝕合金”，常應(yīng)用于苛刻的化工環(huán)境中[1]。本文研究的C276+Q245R復(fù)合板是利用爆炸焊接的方法生產(chǎn)的復(fù)合材料，其既能發(fā)揮復(fù)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(shì)和作用。

在C276+Q245R復(fù)合板的生產(chǎn)過(guò)程中，爆炸焊接使材料產(chǎn)生了加工硬化和內(nèi)應(yīng)力，其力學(xué)性能表現(xiàn)為強(qiáng)度升高和伸長(zhǎng)率降低，沒(méi)有滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定和使用要求，因此需要通過(guò)熱處理來(lái)恢復(fù)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(nèi)容易出現(xiàn)碳化物和μ相析出，導(dǎo)致耐腐蝕性下降[4]；因此，需要慎重選擇C276+Q245R復(fù)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(yàn)過(guò)程

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用C276+Q245R復(fù)合板厚度為(3+12) mm，2種材料的化學(xué)成分和力學(xué)性能分別見(jiàn)表1和表2。

表1 材料的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) (%)

表2 材料的力學(xué)性能

1.2 試驗(yàn)方案

根據(jù)2種材料的特性，制定不同的退火制度進(jìn)行試驗(yàn)。由C276的特性可知，無(wú)法按照Q245R的正火工藝進(jìn)行處理，熱處理溫度的選擇應(yīng)避開(kāi)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(jìn)行試驗(yàn)，具體方案見(jiàn)表3。

表3 試驗(yàn)方案

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

檢驗(yàn)不同試驗(yàn)方案下試板的理化性能，利用光學(xué)顯微鏡(OA)和帶有能譜(EDS)的掃描電鏡(SEM)對(duì)C276進(jìn)行微觀組織分析。理化性能檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 理化性能檢驗(yàn)結(jié)果

由表4可以看出，在固溶處理工藝下，復(fù)合板加工硬化得到了消除，強(qiáng)度下降明顯，塑性也得到了改善，但吸收能量下降明顯，說(shuō)明加熱溫度過(guò)高導(dǎo)致基材Q245R性能惡化。

對(duì)比表4中4組低溫工藝試驗(yàn)結(jié)果可知，隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)和溫度的升高，強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)，伸長(zhǎng)率得到了一定改善，但效果不夠明顯，且仍低于標(biāo)準(zhǔn)值。說(shuō)明由于保溫溫度和時(shí)間限制，復(fù)合板硬化層再結(jié)晶轉(zhuǎn)變不充分，加工硬化現(xiàn)象消除不徹底。

由表4耐腐蝕性檢驗(yàn)結(jié)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(fù)層C276微觀組織(見(jiàn)圖2)，均為奧氏體組織，無(wú)析出相，可見(jiàn)沿軋制方向的應(yīng)力線，經(jīng)二次固溶處理后，應(yīng)力線減輕。但方案1試樣晶粒明顯變大，晶粒度為3.5級(jí)(原始狀態(tài)為6級(jí))，這是由于對(duì)試板進(jìn)行二次固溶處理導(dǎo)致的。

圖2 不同方案復(fù)層金相組織

3 改進(jìn)試驗(yàn)與實(shí)踐

由上述試驗(yàn)及分析結(jié)果可知，C276+Q245R復(fù)合板宜采用低溫退火工藝進(jìn)行熱處理，且保溫時(shí)間足夠長(zhǎng)，溫度足夠高，以充分消除爆炸復(fù)合產(chǎn)生的加工硬化。在方案5的基礎(chǔ)上增加保溫時(shí)間，理論上能夠達(dá)到目的，但整個(gè)保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，實(shí)際生產(chǎn)中作業(yè)效率低，并非最佳方案。有文獻(xiàn)對(duì)C276不同加熱制度下的耐腐蝕性能做過(guò)研究，在700 ℃及以上加熱開(kāi)始才會(huì)有碳化物和μ相析出，耐腐蝕性出現(xiàn)下降[5]。按照上述思路確定改進(jìn)方案進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 試驗(yàn)方案及結(jié)果

由表5可以看出，對(duì)C276+Q245R復(fù)合板采用分段低溫退火的工藝獲得了理想的性能結(jié)果。取試樣觀察復(fù)層C276顯微組織(見(jiàn)圖3)，并對(duì)可疑相進(jìn)行能譜分析(見(jiàn)圖4)。結(jié)果表明，復(fù)層組織為奧氏體組織，與原始材料組織相同，無(wú)析出相出現(xiàn)。在實(shí)際生產(chǎn)中，采用該工藝生產(chǎn)的產(chǎn)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(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述研究，可以得出如下結(jié)論。

1)對(duì)哈氏合金C276重復(fù)進(jìn)行固溶處理會(huì)導(dǎo)致材料晶粒粗大。

2)哈氏合金C276在700 ℃以下短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行熱處理不會(huì)出現(xiàn)析出相。

3)在改善爆炸復(fù)合板加工硬化時(shí)，低溫退火溫度越高，時(shí)間越長(zhǎng)，加工硬化現(xiàn)象的改善越明顯。

4)復(fù)合板的熱處理需要兼顧2種材料的特性，尤其應(yīng)關(guān)注復(fù)層出現(xiàn)析出相從而導(dǎo)致耐蝕性降低的現(xiàn)象。

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

[2] 鄭遠(yuǎn)謀，黃榮光，陳世紅. 爆炸復(fù)合材料中金屬的強(qiáng)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(fù)合板制備工藝[J]. 工程塑料應(yīng)用，2017, 45(3)：78-81.

[4] 楊亮，朱冠妮，董建新，等. 鎳基耐蝕合金C-276時(shí)效過(guò)程相析出規(guī)律研究[J]. 鋼鐵研究學(xué)報(bào)，2011, 23(2)：309-312.

[5] 萬(wàn)自永，閆飛昊，張?jiān)坪疲? 不同加熱制度對(duì)哈氏合金C276耐晶間腐蝕性能影響[J].材料開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，2015, 41(16)：49-51.