劉 昕*，王振源，徐銀煉，劉 歐，任 虎
（大連船舶重工集團爆炸加工研究所有限公司，遼寧 大連 116023）
摘 要：本文針對N10276復合板按ASTM G28-B法進行腐蝕試驗數值不合格問題，進行了熱處理和金相試驗研究。結果表明：復層N10276組織中出現大量脆性相是產生該問題的主要原因。為恢復復層N10276的耐蝕性能，采用1100℃′90 min的固溶+580℃×12 h回火的熱處理方式，既消除了復層N10276組織中的脆性相，又使復合板中Q345R鋼材的力學性能得到了優化，從而使復合板的復層N10276耐蝕性能得到了恢復，復合板力學性能滿足標準要求。
關鍵詞：N10276；復合板；晶間腐蝕；熱處理；金相組織
0 引 言
N10276是一種鎳-鉻-鉬合金材料，對局部腐蝕有很強的抵抗能力，同時對氧化和還原介質都有突出的抗腐蝕能力，在化工和石化領域得到了廣泛應用，這種材料尤其適合在高溫、混有雜質的無機酸和有機酸、海水腐蝕環境中使用[1]。由于N10276材料非常昂貴，設備完全采用N10276成本太高，因此，一般均采用N10276/Q345R復合板。然而，N10276/Q345R復合板在加工過程中的不當熱處理[2]，會破壞復層N10276的抗腐蝕能力，顯著降低復合板的使用壽命。本文將針對N10276+Q345R復合板的復層N10276因熱處理制度不合理導致其按G28-B法進行晶間腐蝕試驗后試樣表面出現大量腐蝕坑，腐蝕速率遠遠大于2 mm/y的情況，采用重新熱處理的試驗方法，探索出正確的熱處理制度，既恢復復合板復層N10276的抗晶間腐蝕特性，又保證復合板的力學性能滿足相關標準要求。
1 試驗材料
試驗材料為N10276+Q345R復合板，厚度為（3+10）mm，復板N10276鎳基合金和基板Q345R碳鋼的化學成分和力學性能如表1、表2所示。
基板Q345R是壓力容器用鋼板，有良好的沖擊韌性，其熱處理一般為正火，以提高強度和韌性，細化晶粒，改善組織[3]。N10276+Q345R復合板先采取了920℃保溫30 min正火處理。處理后按NB/T47002.2 -2009《壓力容器用爆炸焊接復合板 第2部分：鎳-鋼復合板》標準，檢驗復合板拉伸、沖擊、彎曲、剪切等各項力學性均符合標準要求（詳見表3）。按ASTM G28-B法《氧化性鹽、酸混合試驗》（腐蝕溶液配比：23% H2SO4 +1.2%HCL +1%FeCl3 +1%CuCl2），對復層N10276進行腐蝕試驗，腐蝕速率為：48.6 mm/y、62.3 mm/y，遠遠超出目標值≤2 mm/y。晶界腐蝕試驗試樣宏觀照片見圖1，微觀照片見圖2。
圖1 經920℃正火后復層N10276晶界腐蝕試驗試樣的宏觀照片
圖2 經920℃正火后復層N10276晶界腐蝕試驗試樣的金相照片
2 熱處理試驗
從圖1中，看到試樣表面已出現很多腐蝕坑，有些已貫穿整個試樣。復層N10276屬于Ni-Mo-Cr-Fe-W系鎳基合金。該合金中Cr、Mo、W的加入使得N10276在氧化性鹽、混合酸等環境有很好的耐腐蝕能力，然而經過920℃保溫30 min正火處理后，其非常容易腐蝕。圖2為圖1左側試樣中部的金相照片，可以清楚地看到較寬的晶界，那是因為920℃正火導致大量的金屬間化合物沉淀在晶界，這些金屬間化合物是一種含高Cr、Mo的Fe-Cr/Fe-Mo金屬間化合物s相，其導致晶界附近形成貧鉻/鉬區[4~6]。晶界的金屬間化合物s相與晶界附近的貧鉻/鉬區，在強氧化性介質中便會發生選擇性溶解，從而造成晶間腐蝕。
結合復層N10276鎳基合金和基層Q345R的熱處理特點[7,8]，對以上正火后的N10276+Q345R復合板試樣，分別進行1100℃′30 min固溶+580℃×12 h回火、1100℃′90 min固溶+580℃×12 h回火熱處理試驗。隨后按NB/T47002.2 -2009檢驗力學性能，按ASTM G28-B法檢驗復層的晶間腐蝕試驗，試驗結果見表3。對比表3中的數據，發現1100℃′30 min固溶+580℃×12 h回火后復合板的屈服強度和抗拉強度有所提高，界面剪切強度稍有降低。隨著固溶保溫時間的延長，這個趨勢越明顯。三種熱處理狀態下，復合板的各項力學性能都符合NB/T 47002.2-2009標準要求。但是經1100℃′30 min固溶+580℃×12 h回火后復層的腐蝕速率為16.2 mm/y、25.5 mm/y，雖然與2 mm/y還有很大的差距，但比920℃保溫30 min正火處理后的腐蝕速率降低了一半多。圖3為其經ASTM G28-B法后試樣的宏觀照片，與圖1比較，表面的腐蝕坑已明顯減少。1100℃′90 min固溶+580℃×12 h回火后復層的腐蝕速率已降低到0.83 mm/y、0.88 mm/y，晶間腐蝕試驗后試樣宏觀照片見圖4，試樣表面光滑，具有金屬光澤，無明顯腐蝕痕跡。其微觀照片見圖5，晶界無析出物聚集。這說明，復層N10276在920℃正火形成的金屬間化合物s相，可以通過再次熱處理，使其溶解，在晶界消失，再固溶如晶粒里。
圖3 經1100℃×30 min固溶后復層N10276晶界腐蝕試驗試樣的宏觀照片
圖4 經1100℃×90 min固溶后復層N10276晶界腐蝕試驗試樣的宏觀照片
圖5 經1100℃×90 min固溶后復層N10276晶界腐蝕試驗試樣的金相照片
3 結 論
（1） N10276+Q345R復合板經920℃正火后，復層N10276材料內形成大量的金屬間化合物s相，破壞了N10276復層材料的抗晶間腐蝕性能。
（2） 采用1100℃′90 min的固溶+580℃×12 h回火的熱處理制度，可使N10276材料恢復良好的抗晶間腐蝕性能，復合板力學性能滿足標準要求。
參考文獻：
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