Inconel690鎳基耐蝕合金鍛造棒材中的細(xì)晶帶對(duì)成品管組織的影響
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更新時(shí)間：2015-12-04
Inconel690合金是一種鎳基耐蝕合金，不僅具有優(yōu)異的抗應(yīng)力腐蝕開裂性能，而且具有相對(duì)較高的強(qiáng)度、良好的組織穩(wěn)定性和優(yōu)良的加工特性，已成為國(guó)內(nèi)外大型先進(jìn)壓水堆核電站蒸汽發(fā)生器傳熱管的首選材料。
?Inconel690合金是一種鎳基耐蝕合金，不僅具有優(yōu)異的抗應(yīng)力腐蝕開裂性能，而且具有相對(duì)較高的強(qiáng)度、良好的組織穩(wěn)定性和優(yōu)良的加工特性，已成為國(guó)內(nèi)外大型先進(jìn)壓水堆核電站蒸汽發(fā)生器傳熱管的首選材料。690合金傳熱管的制管工藝流程為：鍛造棒材→熱擠壓→開坯冷軋→中間退火→最終冷軋→最終退火→特殊熱處理（簡(jiǎn)稱“TT”）。國(guó)內(nèi)外學(xué)者已就固溶處理和特殊熱處理對(duì)690合金成品傳熱管組織均勻性、碳化物析出形貌、晶界結(jié)構(gòu)及耐蝕性等方面的影響進(jìn)行了研究，但對(duì)合金鍛造棒材組織細(xì)晶帶以及其對(duì)管材組織影響的報(bào)道相對(duì)較少。鑒于此，研究人員對(duì)用于核電蒸汽發(fā)生器傳熱管的690合金鍛造棒材組織進(jìn)行了分析，對(duì)存在細(xì)晶帶組織的鍛造棒材按熱擠壓過程中的加熱工藝進(jìn)行熱處理試驗(yàn)及組織分析，并分析了它對(duì)后續(xù)加工過程中的退火態(tài)中間管組織和TT態(tài)成品管組織的影響。
試驗(yàn)用690合金鍛造棒材由國(guó)內(nèi)某廠家提供，切除690合金鍛造棒材端部，選取具有代表性的試樣觀察縱向原始組織。為研究熱過程中加熱工藝對(duì)鍛造棒材組織的影響，對(duì)690合金鍛造棒材按此加熱工藝進(jìn)行熱處理，即把鍛造棒材試樣（20mm×20mm×20mm）在950℃加熱保溫2h，水冷，制備金相試樣觀察其縱向組織；然后再將該批試樣先在950℃保溫10min，再升到1200℃保溫5min，然后水冷，再制備金相試樣觀察其縱向組織。同時(shí)，對(duì)該批鍛造棒材按傳熱管制管工藝制備退火態(tài)中間管、TT態(tài)成品管，并對(duì)其進(jìn)行縱向顯微組織分析。
試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，鍛造棒材原始組織中存在呈“三明治”形態(tài)的異常細(xì)晶帶組織，粗晶與細(xì)晶帶間隙分布，不同細(xì)晶帶的晶粒尺寸基本相同。各層細(xì)晶帶的寬度不同，較寬細(xì)晶帶的寬度超過200μm，較窄細(xì)晶帶的寬度則僅為10μm，細(xì)晶帶中的晶粒尺寸小于20μm。在原始鍛造棒材細(xì)晶帶內(nèi)，有較多的Ti（C，N）夾雜物，并且多位于晶界上，晶界起到一定的釘扎作用，同時(shí)在細(xì)晶帶的晶內(nèi)和晶界上還有大量的碳化物。由于Ti（C，N）和碳化物等顆粒對(duì)位錯(cuò)移動(dòng)具有強(qiáng)烈的釘扎作用，阻礙了晶粒長(zhǎng)大，從而導(dǎo)致細(xì)晶帶的形成。原始鍛造棒材正常的組織（無細(xì)晶帶區(qū)域）在晶界上有大量連續(xù)或半連續(xù)的碳化物析出，晶內(nèi)基本未發(fā)現(xiàn)點(diǎn)狀碳化物析出，且其晶內(nèi)和晶界上也未發(fā)現(xiàn)大量Ti（C，N）顆粒。
鍛造棒材在950℃熱處理2h后，細(xì)晶帶雖有所改善，但未明顯消除，仍有大量帶狀的細(xì)晶帶存在。經(jīng)1200℃熱處理后，鍛造棒材的組織為固溶態(tài)組織，但其細(xì)晶帶組織仍無法完全去除。
進(jìn)一步試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，退火態(tài)中間管的縱向顯微組織中仍存在細(xì)晶帶，該細(xì)晶帶由單個(gè)細(xì)晶粒串連組成。退火態(tài)中間管殘留的細(xì)晶帶對(duì)成品管組織的均勻性會(huì)造成一定影響。TT態(tài)成品管縱向晶界上的碳化物均呈連續(xù)或半連續(xù)分布，在組織中發(fā)現(xiàn)有碳化物析出帶存在，該碳化物析出帶呈縱向分布，與軋制變形方向相同。分析認(rèn)為：
（1）690合金鍛造棒材中碳化物的不均勻析出是導(dǎo)致鍛造棒材存在細(xì)晶帶的主要原因。
（2）690合金鍛造棒材中細(xì)晶帶的存在會(huì)對(duì)后續(xù)加工過程中的690合金管材組織均勻性產(chǎn)生不利影響，導(dǎo)致傳熱管成品組織中碳化物析出不均勻，最終造成成品管局部組織不均勻。
（3）為保證690合金傳熱管成品的組織均勻性，應(yīng)對(duì)鍛造棒材的組織進(jìn)行控制，避免棒材中細(xì)晶帶的存在。