825合金是一種含鉬、銅、鈦的鎳-鐵-鉻固溶強化型耐蝕合金。該合金中由於含有較高的鎳、鉻含量,同時含有一定量的鉬、銅元素和穩定化元素鈦,從而具有良好的抗點蝕、縫隙腐蝕和抗氯離子應力腐蝕開裂能力,可以在多種腐蝕性環境(還原性和氧化性介質)下使用。因此,825合金相比於其他不鏽鋼而言,它是一種通用型工程合金。
業已認為,825合金以管材形式廣泛地用於化學工業(如熱交換器、高壓空冷器)、油氣開採業(油井管)等。可見,825合金的管材加工成形是其生產和應用中的一個重要環節。因此,研究表明該合金的可加工溫度為1050~1240℃。此外,研究人員還研究了合金在時效過程中晶界析出相附近Cr元素的分佈特點,但是並沒有進一步研究晶界析出相對其耐腐蝕效能的影響及析出相的回溶行為。然而,825合金是一種合金化程度比較高的耐蝕合金,其相組成及其演變過程比較複雜。特別是實際生產過程中,如果熱加工或者熱處理工藝制定不合理,往往造成異常相的產生,從而影響其使用效能,尤其是抗晶間腐蝕能力。
基於此,研究人員開展了825合金的時效析出行為及固溶熱處理中析出相的回溶行為研究,從而有助於人們準確瞭解該合金的相組成及其演變規律,為825合金管材的實際生產提供指導和借鑑。
採用熱擠壓態的825合金荒管為實驗材料,其化學成分見表1。首先在箱式電阻爐中對825合金熱擠壓荒管進行1220℃×30min的固溶處理;然後進行不同溫度(650、700、750、800、850 和900℃)保溫2h水冷的時效處理。從而獲得合金在不同溫度下的析出行為及其最大析出溫度(750~800℃)。採用SEM對析出相形貌進行觀察,並結合能譜儀對其化學組成進行分析。進一步採用Thermo-Calc相計算軟體,以表1的合金成分對825合金的平衡相組成進行計算。
表1 825合金的化學組成(質量分數,%)
C:0.012
Cr:21.52
Fe:31.54
Ni:40.04
Mo:3.35
Al:0.11
Ti:0.79
Cu:1.92
N:0.013
此外,在最大析出溫度(750℃)下時效24h,然後在不同溫度(950、980 和1000℃)分別固溶10min和20min,並結合SEM觀察合金的內部組織特點,從而獲得了825合金中析出相的回溶行為特點。研究結果表明:
(1)825合金中主要的平衡相有γ相、Ti(NC)化合物、σ相和M23C6碳化物。Ti(NC)化合物主要是在鑄錠凝固過程中產生,其溶解溫度大約為1290℃。σ相在合金冶煉及後續加工過程中不易產生。
(2)825合金生產製造過程中,最容易產生的有害相是M23C6碳化物,其析出峰值溫度為750~800℃。
(3)825合金中M23C6碳化物溶解溫度為950~980℃。實際生產中,在該溫度下保溫20min左右,基本上可以完全消除此相,並賦予合金良好的抗晶間腐蝕能力。