熱處理對C-276合金耐蝕性能的影響

薛小軍

(四川驚雷科技股份有限公司，四川 宜賓 644623)

C-276合金在固溶狀態下具有很好的耐蝕性和耐熱性，因此它被廣泛運用于多種苛該的環境中。但是，該合金又因冷變形的加工硬化率很高，對機械切削加工和冷成形造成不利的影響，因此在加工過程要進行適當的熱處理。

由于C-276合金中元素成分多樣，如Cr、Mo、W等，在熱處理過程中會析出某些合金相，造成其工藝性能和耐蝕性能的嚴重惡化。鎳基合金中碳在奧氏體的溶解度比在奧氏體不銹鋼中還小，當熱處理使合金在649～1038 ℃溫度范圍內停留時，就會在晶界析出含鉬的金屬間化合物μ相(Ni，Fe，Co)3(W，Mo，Cr)2，析出溫度范圍為650～1090 ℃，最敏感析出溫度為870 ℃。當含碳量大于0.004%時，在晶界還會析出富鉬的M6C型碳化物，相應地在碳化物周圍形成貧鉬區。一般在649～740 ℃常在γ/γ晶界生成細小的碳化物片，而在較高的溫度區生成μ相。因此，有必要探求熱處理對該合金耐蝕性能的影響。

1 試驗材料及方案

1.1 試驗材料

實驗材料選擇的是哈氏合金C-276，主要包括Ni、Cr、Mo、W等合金元素，其化學成分見表1。

表1 C-276合金的化學成份 %

1.2 試驗方案

C-276合金的固溶處理溫度為1100～1160 ℃，以很快的速度冷卻到600 ℃以下。對于小工件，則采用空冷；而對于大型工件，則采用水冷。圖1是C-276合金的敏化曲線圖，由圖可見，C-276合金在650～1050 ℃溫度區間僅需停留較短時間，就會析出中間相，降低材料的腐蝕性能。試驗分為兩個部分，第一部分研究了熱處理溫度及保溫時間對C-276合金耐蝕性能的影響，第二部分研究了熱處理裝爐方式對其耐蝕性能影響。在第一部分試驗中，消應力熱處理工藝選擇了580,600,620 ℃和650 ℃。第二部分試驗比較了試樣在1020 ℃、1040 ℃溫度下隨爐升溫和到溫裝爐兩種方式的差別。

圖1 C-276合金敏化曲線

試樣在RX3-30-9型電爐中熱處理，隨爐裝爐是指在爐膛溫度小于100 ℃時，將試樣裝入爐膛，隨電爐升溫至指定溫度。到溫裝爐是指先將爐膛溫度升溫至指定溫度，然后快速將試樣送入爐膛的裝爐方式。腐蝕試驗選擇了C-276合金比較常用兩種晶間腐蝕試驗方法：ASTM G28方法A和方法B，方法A的試驗介質為Fe2(SO4)3與50%H2SO4混合溶液，方法B的試驗介質為23%H2SO4+ 1.2%HCl+1%FeCl3+CuCl2混合溶液(俗稱“死亡溶液”)。試驗時間均為24h，試驗后計算腐蝕速率。各種熱處理狀態的試樣經磨制拋光后，在鹽酸、草酸混合溶液中電解侵蝕，然后在Axio Vert A1型光學顯微鏡下觀察。

2 試驗結果與分析

2.1 消應力熱處理溫度和保溫時間對腐蝕性能影響

不同工藝熱處理后的材料腐蝕速率數據見表1。試驗結果表明，C-276合金熱處理溫度在620 ℃、650 ℃時，腐蝕速率開始增大。隨著保溫時間的延長，腐蝕速率也相應地增加。而熱處理溫度在580 ℃和600 ℃時，腐蝕速率比較穩定，隨著保溫時間的延長，腐蝕速率僅有少量的增加，腐蝕速率與固溶狀態相當。

表2 不同消應力熱處理狀態下C-276合金腐蝕速率

圖2是C-276合金經“580 ℃/8 h 空冷”熱處理后的顯微組織，單一奧氏體，放大至500倍未發現析出相。圖3是C-276合金經“650 ℃/8 h空冷”熱處理后的顯微組織，奧氏體晶界上存在少量的析出相。

雖然“650 ℃/8 h空冷”熱處理后組織只觀察到少量的析出相，卻導致了腐蝕速率急劇增加。方法A的腐蝕速率從2.36 g/m2·h增加到了7.87g/m2·h，方法B的腐蝕速率從0.65 g/m2·h增加到了9.91 g/m2·h，，方法B腐蝕速率增幅比方法A顯著。因此，C-276合金在考慮消應力熱處理時，溫度應選擇在600 ℃以下，建議熱處理工藝為580 ℃，保溫4 h，空冷。

左圖100x右圖500x

左圖100x右圖500x

2.2 高溫熱處理對腐蝕性能的影響

C-276合金的固溶處理溫度為1100～1160 ℃，以很快的速度冷卻到600 ℃以下。對于小工件，則采用空冷；而對于大型工件，則采用水冷，從1000 ℃降低到600 ℃應在2 min內完成。本次試驗考慮的1020 ℃和1040 ℃兩個溫度低于材料固溶溫度，組織中會析出一定數量的金屬間化合物，影響材料的耐蝕性能。

熱處理后的材料腐蝕速率數據見表2，結果表明，1020 ℃和1040 ℃兩個溫度下，采用到溫裝爐和隨爐升溫兩種熱處理方式對材料腐蝕性能的影響差別顯著。當采用到溫裝爐方式時，1020 ℃和1040 ℃兩個溫度下方法A的腐蝕速率分別為3.56、2.61g/m2·h，方法B的腐蝕速率為0.48、0.63 g/m2·h；而采用隨爐升溫的方式熱處理時，方法A腐蝕速率高達21.06,13.09 g/m2·h，方法B腐蝕速率更高達66.06,39.38 g/m2·h。這是由于熱處理升溫過程中，特別是在750～1000 ℃溫度區間，材料會在晶界和晶粒內析出大量的金屬間化合物(主要是含鉬的金屬間化合物μ相)，而最終保溫溫度也沒有達到真正的固溶溫度，在升溫過程中形成的有害相沒有溶解，部分保留在材料組織中。而到溫裝爐這種方式，材料的實際升溫過程很短，金屬間化合物還沒有來得及析出或僅有少量析出，就已經升溫至指定溫度。因此，到溫裝爐方式形成的金屬間化合物較少，腐蝕速率也就低得多。

表3 不同高溫熱處理狀態下C-276合金腐蝕速率

圖4為C-276合金經1040 ℃到溫裝爐熱處理后的顯微組織，奧氏體組織，晶界少量析出相，腐蝕速率也較低，和固溶狀態相當。圖5為C-276合金經1040 ℃隨爐升溫熱處理后的顯微組織，奧氏體組織，晶界析出相已連成線，晶粒內也出現了較多的析出相，相應的腐蝕試驗的腐蝕速率急劇增大。

因此，當C-276合金需采用高溫進行熱處理時，盡量選擇固溶溫度。不能選擇固溶溫度時，熱處理溫度應盡可能高。裝爐方式應盡可能選擇到溫裝爐。

左圖200x右圖500x

左圖100x右圖500x

3 結論

通過對C-276合金在不同熱處理溫度下的耐腐蝕性能和微觀組織研究，得出以下結論：

(1) C-276合金在考慮消應力熱處理時，溫度應選擇在600 ℃以下，建議熱處理工藝為580 ℃，保溫4 h，空冷。此時C-276合金腐蝕性能和固溶狀態相當。

(2) C-276合金在1040 ℃到溫裝爐熱處理后，采用ASTM G28方法A和方法B進行腐蝕試驗，腐蝕速率基本和固溶狀態相當，但晶界已出現了析出相。當熱處理采取隨爐升溫的方式時，ASTM G28方法A和方法B的腐蝕速率急劇增加，遠遠大于固溶狀態的腐蝕速率。

(3)當C-276合金需采用高溫進行熱處理時，盡量選擇固溶溫度。不能選擇固溶溫度時，熱處理溫度應盡可能高，裝爐方式應盡可能選擇到溫裝爐。