表面状态对N06625镍基合金去应力热处理后腐蚀性能的影响.pdf

文章编号院 1000谣7466(2023)05谣0029谣04收稿日期院 2023-03-30作者简介院 廖 娇(1988-)，男，江西新余人，工程师，硕士，从事特种设备检验检测相关工作。表面状态对 N06625 镍基合金去应力热处理后腐蚀性能的影响廖娇1,2渊1.上海市特种设备监督检验技术研究院袁 上海200062曰2.上海压力管道智能检测工程技术研究中心袁 上海200062冤摘要院 按照 ASTM G28要2002 渊Reapproved 2015冤叶Standard Test Method for De鄄tecting Susceptibility to Intergranular Corrosion in Wrought,Nickel-rich,Chromium-bearing Alloys曳 中方法 A 对供货态和表面处理后 SB-444 N06625 镍基合金材料进行腐蚀试验袁 对腐蚀试验后的材料进行取样和金相检测及对比分析遥 研究结果表明袁 供货状态材料表面的保护油脂会在热处理时燃烧并分解为碳及碳化物袁 造成试样渗碳现象袁C 元素含量的增多直接导致 Cr 元素与 C 元素在镍基合金材料近表面生成 Cr23C6并析出袁 最终造成合金材料耐腐蚀性的下降遥 而对合金表面先进行脱脂处理袁 然后进行同样的热处理袁 试样的腐蚀性能只有轻微下降袁 可以满足使用要求遥关键词院 镍基合金曰 热处理曰 表面状态曰 腐蚀性能曰 影响中图分类号院 TQ050.4曰 TG156文献标志码院Adoi:10.3969/j.issn.1000-7466.2023.05.005Effect of Surface State on Corrosion Resistance of N06625Nickel-based Alloy after Stress Relief Heat TreatmentLIAO Jiao1,2渊1.SSEI袁Shanghai 200062袁China曰2.Shanghai Engineering Research Center of Pressure Pipeline IntelligentInspection袁Shanghai 200062袁China冤Abstract:TheeffectofcorrosionresistanceforSB-444N06625withdifferentalloysurface states afterstress-relief heat-treatment was studied by method A of ASTM G28要2002 渊Reapproved 2015冤野Standard TestMethod for DetectingSusceptibility to Intergranular Corrosion in Wrought,Nickel-rich,Chromium-bearingAlloys冶.By comparing to the corrosion resistance in the supply states and other different surface states,thesurface treatment states of materials before stress relief heat treatment can be recommended.The results wasshown that the grease in the surface(without surface treatment)was burned to resolve to the carbide andcarburizedinthesurfaceduringthestressrelief heattreatment,theCrelementinthealloywascombinedwiththeincreasedC element to produce the precipitates ofCr23C6in the alloygrain boundary,so thatthe corrosionresistance of alloy was decrease.Otherwise,the same heat treatment was performed on the same alloy withungreased treatment for the alloy surface,the corrosion resistance just decreases a bit,and it can meet therequirementsofusage.Key words:nickel-based alloy曰heat treatment曰surface state曰corrosion resistance曰effect第 52 卷第 5 期2023 年 9 月石油化工设备PETRO谣CHEMICAL EQUIPMENTVol.52No.5Sept.20232023 年第 52 卷石油化工设备近些年石油和化工产品的社会需求持续增加袁其使用性能也在向着多样化发展袁其中温度尧压力的提高袁 介质中氯化物和硫化物数量的增加要求材料具有更佳的耐腐蚀性能袁 普通金属材料已无法满足严苛工况下使用的设备要求咱1暂遥 镍基合金对包括全面腐蚀尧局部腐蚀尧应力腐蚀以及晶间腐蚀在内的多种形式的腐蚀破坏均有出色的耐抗性袁而且具备优异的的机械加工性能尧可焊接性能以及力学性能袁 因此被广泛应用于环境恶劣的腐蚀工况下咱2-4暂遥 N06625 镍基合金材料在某些生产制作过程渊如管子弯制尧板材卷制或复合板爆炸复合冤中会产生一定程度的残余应力袁如果应力得不到有效释放袁 就可能会因设备局部应力过大而导致整个设备变形或报废失效咱5-8暂遥 因此常常需要进行去应力热处理来消除制造过程中产生的残余应力遥 而去应力热处理会给材料的耐腐蚀性能带来一定程度的伤害袁 特别是在材料表面清洁度不够袁存在附着油污时袁更会在一定程度上影响材料的腐蚀性能咱9-10暂遥 为进一步探究表面状态对N06625镍基合金去应力热处理后腐蚀性能的影响袁 文中通过腐蚀试验和金相检测试验获取试验数据袁对比分析不同表面状态下 N06225 镍基合金材料在去应力热处理后的腐蚀速率袁 优选去应力热处理前母材表面处理方式遥1镍基板材热处理工艺试验1.1 工艺方案针对 N06625 镍基合金板材热处理制定 3 种工艺袁消应力热处理渊SR冤遥 最小热处理渊MinPWHT冤遥 最大热处理渊Max PWHT冤遥SR 操作参数根据复合板板材厂家推荐确定袁本次 SR 的温度为 570 袁保温时间为 3 h遥Min PWHT 指对试样进行特定条件下的热处理袁用以模拟最小的热处理渊奥氏体化袁回火和一次焊后热处理循环袁 以及超过 482 的中间应力释放冤遥 操作温度的确定要综合考虑设备卷制过程尧焊接后的设备整体材料焊后热处理的需求袁保温时间的确定要综合考虑项目的要求尧 工厂内可能发生的生产返修尧 预留到现场可能的一次返修时间以及设备基层的厚度等影响因素遥 本次模拟Min PWHT 热处理试验操作参数确定为 620 下保温 3.3 h遥Max PWHT 指对试样进行特定条件下的热处理袁用以模拟所有制造时期的热处理袁包括奥氏体化和回火尧 所有高于 482 的中间应力释放热处理尧最终焊后热处理尧可能的车间返修焊后热处理循环及业主将来可能用到的最小的附加焊后热处理等遥 本次模拟 Max PWHT 热处理试验操作参数确定为 620 下保温 11 h袁同时腐蚀速率要求为不大于 0.91 mm/a遥1.2 样板制备热处理试验选择的镍基板材牌号为 SB-444N06625袁 厚度为 4 mm遥 采用线切割方式从原始N06625 板材渊入库未使用状态冤上选取 3 组试样袁分别用编号标记为 01#尧02#尧03#遥 选择现场流转的NO6625 板材袁 用相同的方式在其上取 6 组试样袁在其表面均匀涂刷防锈油袁 模拟现场板材表面有油污的情况遥 取其中 3 组试样用编号标记为 1#尧2#尧3#袁 余下 3 组试样进一步做表面脱脂处理袁用编号标记为 4#尧5#尧6#遥 每块试样的尺寸渊长宽厚冤均为 150 mm200 mm4 mm遥2热处理后腐蚀性能试验2.1供货状态表面根据制定的热处理参数袁 对 01#试样不进行热处理袁对 02#试样进行 SR+Min PWHT袁对 03#试样进行 SR+Max PWHT遥 热处理完成后袁按照 ASTMG28-A要2002渊Reapproved2015冤 叶StandardTest Method for Detecting SusceptibilitytoIntergranularCorrosioninWrought,Nickel-rich,Chromium-bearing Alloys曳咱11暂分别进行 01#尧02#尧03#试样的腐蚀速率测定试验袁试验时间为 120 h袁试验测得的腐蚀速率见表 1遥表 1供货态表面 N06625 材料腐蚀速率测定结果试样编号热处理工艺腐蚀速率/渊mm/a冤01#供货态0.4302#SR+Min PWHT0.5403#SR+Max PWHT0.70从表 1 中的腐蚀速率数据可以看出袁 供货状态表面 SB-444 N06625 镍基板材不进行热处理尧进行热处理后的腐蚀速率均满足本研究所属项目要求的不大于 0.91 mm/a 的使用要求遥2.2 表面涂油状态根据制定的热处理参数袁 对 1#试样进行 SR袁对 2#试样进行 SR+Min PWHT袁对 3#试样进行 SR+Max PWHT遥 应力模拟热处理完成后袁 按照 ASTMG28-A要2002 渊Reapproved 2015冤 进行 1#尧2#尧3#30窑窑试样的腐蚀速率测定试验袁试验时间为 120 h袁试验测得的腐蚀速率见表 2遥表 2表面涂油状态 N06625 材料腐蚀速率测定结果试样编号1#3#2#热处理工艺SRSR+Max PWHTSR+Min PWHT腐蚀率/渊mm/a冤0.702.363.44从表 2 中的腐蚀速率数据可以看出袁2#尧3#试样的腐蚀速率远超该项目要求的 0.91 mm/a袁这说明材料表面的耐腐蚀性发生了大幅下降遥 这种大幅下降不符合 N06625 合金材料长时间在热处理温度区间内停留时袁晶界上会有碳化物析出袁从而导致材料耐腐蚀性下降的情况遥 考虑到这 3 块试样在做热处理前袁表面都刷有防锈油袁推断很有可能是表面油脂在热处理时对材料性能产生影响袁导致腐蚀速率的增加咱12-13暂遥2.3表面脱脂状态为了查明是否是由于热处理时表面油脂的影响导致耐腐蚀性下降袁 选择材料表面进行完全脱脂 处 理 的 试 样 4#尧5#尧6#分 别 进 行 SR尧SR+MinPWHT尧SR+Max PWHT遥 应力模拟热处理完成后袁按照 ASTM G28-A要2002渊Reapproved 2015冤分别进行 4#尧5#尧6#试样的腐蚀速率测定试验袁 试验时间为 120 h袁试验测得的腐蚀速率见表 3遥表 3 表面脱脂 N06625 材料腐蚀速率测定结果试样编号4#6#5#热处理工艺SRSR+Max PWHTSR+Min PWHT腐蚀速率/渊mm/a冤0.590.630.80本研究所属项目要求的镍基板材腐蚀速率为不大于 0.91 mm/a遥 从表 3 中的腐蚀速率数据可以看出袁经过脱脂处理后重新热处理后袁试样的腐蚀速率符合项目要求遥3热处理后材料金相组织检测及分析3.1 扫描电镜分析针对表面有油脂的试样在去应力热处理后进行腐蚀试验后出现明显的腐蚀速率下降的情况袁 选择前述 3#试样的表层及表层下 0.3 mm 处组织进行制样,并在扫描电镜下观察其晶界析出物的分布情况袁见图 1遥图 1 显示袁越接近试样表面位置袁晶界析出物越多遥图 1 3#试样晶界析出扫描电镜图渊20 000伊冤3.2扫描电镜分析3.2.13#试样在 3#试样上选取 2 个位置渊图 2冤袁采用能谱仪进行试样晶界上析出物成分分析袁 得到位置M23C6 和位置 M6C 能谱检测图,见图 3遥图 2能谱分析位置渊20 000伊冤图 3 3#试样晶界析出物电镜扫描图(10 000伊冤基于图 3 分析结果进行判断可知袁 析出物为第 5 期廖 娇院表面状态对 N06625 镍基合金去应力热处理后腐蚀性能的影响31窑窑2023 年第 52 卷石油化工设备Cr23C6和 M6C 碳化物的混合物袁这说明造成腐蚀速率增加的主要原因是袁 碳化铬在晶界上析出造成晶格内铬元素的偏析袁从而产生晶间腐蚀袁其碳化铬在晶界上析出严重袁造成合金腐蚀速率超标咱14暂遥3.2.22#试样和 5#试样在扫描电镜下对上述 2#试样尧5#试样进行晶界析出物观察袁 得到了试样晶界析出物电镜扫描图袁见图 4遥对比图 4a 和图 4b 可以发现,表面附着油脂的状态下袁进行热处理后 2#试样晶界上的析出物较进行脱脂处理后 5#试样上晶界上的析出物多袁说明材料表面的油脂会使试样在热处理时发生渗碳现象袁 导致碳元素进入晶格内与合金中的铬元素聚集并在晶界上析出袁 晶界上 Cr23C6的析出导致晶内铬元素发生偏析袁 从而极大影响材料的耐腐蚀性能袁因此可以得出推论袁这是表面涂油试样在热处理后的耐腐蚀速率急剧增大的原因咱15暂遥4结束语为优选应力热处理前母材表面处理方式袁进行了 N06625 镍基合金板材的去应力热处理试验尧 腐蚀速率测定试验以及金相组织和成分分析研究遥 结果表明袁材料表面有油污袁热处理后其耐腐蚀性能会大幅下降遥原因是袁材料表面的油污会被加热燃烧袁 分解出的碳及碳化物通过表面渗碳作用袁使晶界上析出了 Cr23C6遥 针对这种情况袁可以在热处理前采取适当的去除油污措施袁 只要将表面油污去除干净袁 就可以达到热处理后其耐腐蚀性能轻微下降袁 但仍可满足材料腐蚀性能使用要求的目的遥参考文献院咱1暂 李亚江袁王娟袁刘强援有色金属焊接及应用咱M暂.北京院化学工业出版社袁2006.咱2暂 李力松.哈氏合金 C-276 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