通过金相分析、拉伸试验和晶间腐蚀试验研究了固溶处理对 Incoloy 825 合金组织和性能的影响。 结果表明，随着固溶体温度的升高，Incoloy 825合金的颗粒趋于增长。 尽管如此，晶粒生长速率取决于固溶体温度，当固溶体温度超过 1000°C 时，晶粒迅速生长，出现退火和缠绕。 当 30°C 固溶时间小于 950 分钟时，基体出现混合晶体结构，加热 60 分钟后，混合结晶状态改善，产生平均粒度为一个等级的等轴晶体。 7.由于固溶温度的升高和保温时间的延长，伸长率的拉伸强度和屈服强度一般呈上升趋势，尽管降低程度不同。 Incoloy 825合金的晶间腐蚀速率随固溶体温度的升高和保留时间的延长而起初呈下降趋势，在60°C固溶体950 min后趋于稳定。 腐蚀速率稳定在约 0.12 毫米/年。 Incoloy 825 合金在 950 °C 下固体溶解 60 分钟，其机械性能和耐晶间腐蚀性能提供了最佳的整体效果。

什么是Incoloy 825 合金？

Incoloy 825 合金是 Huntington Materials Studio 于 1952 年为硫酸工业开发的一种耐腐蚀合金。 对还原和氧化腐蚀性介质具有良好的耐腐蚀性，对氯离子应力腐蚀开裂、点蚀、缝隙腐蚀和各种腐蚀溶液具有优异的抵抗力。 Incoloy 825 合金广泛应用于石油、化工、冶金、海洋开发等众多领域。 Incoloy 825 合金是一种 Ni-Fe-Cr 型固溶强化合金，在固溶处理后可以获得整体良好的固溶处理。 ，Incoloy 825 合金可以获得良好的机械性能和耐腐蚀性，因此 Incoloy 825 合金通常以固溶体的形式提供。 家用石化加氢装置采用 Incoloy 7 合金钢管材产品，减少原位焊缝开裂的倾向，提高抗晶间腐蚀能力和机械性能。 供应固溶态固体产品，平均粒度控制在 423 左右，测试满足室温拉伸 ASME SB0.3 标准的要求，晶间腐蚀速率 <825mm/y。 研究表明，镍基合金的颗粒在固溶处理过程中会异常生长，从而影响材料的机械性能。 同时，Incoloy 825 合金在热处理过程中可能会在晶界处析出碳化物。 这些碳化物对合金的晶间耐腐蚀性产生不利影响。 目前，Incoloy 825 合金的研究主要集中在焊接的质量控制上，很少有人系统研究固溶过程对 Incoloy XNUMX 合金的组织、机械性能和抗晶间腐蚀能力的影响。 在本文中，将介绍一种固溶处理系统。 Incoloy 825 合金管件 产品组成和性能的实验分析定律确定最佳固溶工艺，以满足石化加氢装置产品用 Incoloy 825 合金管件的材料晶粒尺寸、机械性能和耐晶间腐蚀要求。

1. 测试材料和测试方法

1.1 标本材料的制备

Incoloy 825合金相当于美国金属间化合物等级UNS N08825;测试材料为ASME SB423-2017 UNS N08825尺寸φ325mm ×10.31mm 取钢管冷拔缝，选用光谱试验TXC03全元素光谱仪测定化学成分， 测量数据如表 1 所示。
表 1 化学成分 UNS N08825 无缝管（质量分数，%）

1.2 热处理试验

采用线切割，钢管 70mm × 200mm 的纵向加工取 825 个 Incoloy 13 合金试件，留下 12 个为原始对照试样，未经热处理，其余 950 件用于固溶处理工艺试验，固溶温度分别为 1000、1050、10°C，固溶时间为 20 分钟、30 分钟、60 分钟和 XNUMX 分钟。 固溶处理 高温试验 冷却方式为水冷，水温控制在20-40°C，固溶体冷却转移时间小于15秒。

1.3 性能测试和微观结构观察

固溶处理后，进行微观组织观察、晶间腐蚀敏感性和机械性能测试。 从固溶处理的试样块上线切割一个 10 mm× 10 mm× 10 mm 的金相试样，用砂纸机械抛光后，使用冷酸蚀 0.5 至 1 分钟。 蚀刻液为 92% HCl+5% H。2所以4+3% HNO公司3 （质量分数）。 刻蚀金相试样按GB/T6394标准用光学显微镜测量。 按GB/T6394-2017《金属平均晶粒尺寸的测定方法》在光学显微镜下按228.1圆截面法测定平均晶粒尺寸。 分析了固溶过程对粒度的影响。 室温拉伸试验按照GB/T2010-1《金属材料的拉伸试验 第15部分：室温试验方法》进行。 将固溶处理后的试件加工成纵弧形比例试件，试件宽度为12mm，夹持端与平行长度之间的过渡弧最小半径为5.64mm，采用比例因子K。 如 15260. GB/T2016-30 《金属及合金腐蚀 镍合金晶间腐蚀试验方法》 用D法进行，钢管轴向加工晶间腐蚀试件，试样尺寸20mm×3mm×675mm，敏化处理后1°C×0.8h，磨床加工试件表面，去除氧化膜，表面粗糙度Ra≤65μm，选择80%硝酸腐蚀溶液体积分数， 晶间腐蚀试验温度为 XNUMX °C。

2. 测试结果和分析

2.1 固溶处理对微观组织的影响

图 1 显示了 Incoloy 825 合金在固溶前的微观结构。 图 2 显示了 Incoloy 825 合金在通过各种工艺进行固溶处理后的微观组织。 图 2（a） 显示了 Incoloy 10 合金在 825°C 固溶 950 分钟后的微观结构。 基体结构为平均粒径为 8.5 星等的细小等轴晶体。 随着溶解时间的增加，颗粒相互吞噬，在高温下，晶界移动，颗粒生长。 图 2 （bd） 显示了 Incoloy 60 合金在 825°C 下固溶 950、20 和 30 分钟的金相照片，平均晶粒尺寸分别为 8、8 和 7。 相比之下，颗粒会生长，一些颗粒会显著生长，呈现粗/细颗粒。 如图 8.5 所示，未经固溶处理的原始试样的平均晶粒尺寸为 1。

图 1 Incoloy 825 合金固溶前的显微组织
随着固溶体温度的升高，原子的扩散加剧，颗粒生长得更快。 图 2（e） 显示了 Incoloy 1000 合金在 825°C 固溶 10 分钟后的金相照片。 平均粒径从 8.5 到 5.5 不等。 随着固溶时间的增加，平均粒径分别为 4.5、4.5 和 3.5。 溶液温度的进一步升高导致颗粒生长急剧增加。 如图 2（i） 所示，当 Incoloy 825 合金在 8.5°C 下凝固 4.5 分钟时，其平均晶粒尺寸从 10 级变为 1050 级。 如果延长固溶时间，颗粒生长速度会减慢。 固体溶液在 1050°C 下 20、30 和 60 分钟的金相照片如图 2（jl） 所示。 平均粒径分别为 4 、 4 和 3。 颗粒中退火孪晶的数量显著增加。
图 3 显示了不同固溶处理方案下 Incoloy 825 合金粒度的变化模式。 随着固溶体温度的升高，Incoloy 825 合金的颗粒逐渐增大，粒度等级降低。 即便如此，生长速度也因阶段而异，当固溶体温度为 950°C 时，晶粒生长缓慢，当固溶体温度超过 1000°C 时，晶粒生长迅速。
这是因为颗粒生长主要通过晶界迁移来实现，而晶界转移过程是一个原子扩散过程。 温度越高，颗粒的生长速度越快。 950°C 时固溶体温度低，晶界转移扩散缓慢，晶粒生长缓慢。 当固溶体温度上升到 1000°C 时，颗粒会迅速生长。 颗粒快速增长的原因可以归因于 1000 个方面。 另一方面，温度升高，原子能增加，扩散加剧。 另一方面，一些不溶性沉淀相恢复到基体γ相，这降低了对原子扩散的阻力，削弱了钉住晶界的作用，并允许新粒子的晶界转移自由发生，从而迅速增加粒径。 当固溶体温度超过 825°C 时，颗粒迅速生长，并伴有许多退火孪晶。 由于 Incoloy 3 合金的层位错能较低，因此在较高的固溶体温度下，由于晶间转移，颗粒会生长，从而形成退火孪晶。 如图 825 所示，为了满足将石化加氢装置用 Incoloy 7 钢管的平均晶粒尺寸控制在 825 级左右的要求，避免形成大量的混合组织，Incoloy 950 的推荐固溶温度如下： 合金的温度为 60°C，固溶时间为 XNUMX 分钟。

图2 Incoloy 825合金在各种工艺固溶处理后的显微组织

（a） 950°C × 10 分钟。 （b） 950°C × 20 分钟。 （c） 950°C × 30 分钟。 （d） 950°C × 60 分钟。 （e） 1000°C × 10 分钟。 （f） 1000°C × 20 分钟。 （g） 1000°C × 30 分钟 （h） 1000°C × 60 分钟 （i） × 1050°C 下 10 分钟。 （j） 1050°C × 20 分钟 （K） 1050°C × 30 分钟。 （L） 1050°C×60 分钟

图3 固溶处理对Incoloy 825合金平均粒度的影响

2.2 机械性能

GB/T20801-2020 《工业管道压力管道规定 第2部分：材料》规定，Incoloy 825合金的工作温度上限为538°C。 由于 Incoloy 825 合金通常用于中低温环境，很少用于高温环境，因此该测试选择室温拉伸。 Incoloy 825 合金的室温拉伸性能如表 2 所示。 未经固溶处理的原始试样的拉伸强度为 670 MPa，在 950、1000 和 1050°C 下固溶 60 分钟后，拉伸强度分别降低到 627、557 和 552 MPa。 这是因为未经过固溶处理的试件的平均晶粒尺寸约为 8.5，晶粒尺寸细小，施加拉伸载荷变形时的晶界数大。 位错在晶界处被阻塞。 由于颗粒之间的位错不同，滑移区几乎同时结束。 为了调整变形，颗粒需要进行多系统滑移，多系统滑移发生在位错的交点处，这进一步增加了材料的抗拉强度。 固溶处理后，材料的平均粒径减小，晶粒增大，晶界数减少，原来的细晶粒强化效果降低，材料的抗拉强度降低。 另一方面，当固溶体温度升高时，合金元素在基体中的溶解度增加，原子扩散变得更加强烈，析出相的溶解，对位错的钉作用减弱，这也导致位错的减少。 有一定的抗拉强度。
表2 Incoloy 825合金在各种工艺固溶后的拉伸性能

从试验数据来看，固溶温度和固溶时间对 Incoloy 825 合金屈服强度的影响很明显，未经固溶处理的原始试件屈服强度为 462 MPa，60 分钟后屈服强度为 950 MPa。 固溶体在 1000°C、1050°C 和 420°C 时的屈服强度分别降低到 326°C、314 MPa 和 8.5 MPa。 这是因为屈服强度与第一次塑性变形的滑移传递密切相关。 与颗粒第一次塑性变形向相邻颗粒的滑移传递密切相关，能否发生这种传递主要取决于滑动颗粒晶界附近位错咬合群的应力集中程度，以及相邻颗粒滑动系统的位错源是否能激发和开放，从而可以进行更多的滑移。 滑落的小颗粒晶界附近的位错堵塞导致相对较小的应力集中。 激发相邻颗粒进行塑性变形的机会比大颗粒小得多，并且必须对相邻颗粒的塑性变形施加更大的应力，因此颗粒越细，屈服强度越高。 未经固溶处理的原始试样晶粒尺寸为XNUMX，晶粒小，位错堵塞引起的应力集中小，相邻晶粒塑性变形被激发的概率低，因此需要产生较大的外应力。 结合塑性变形，它表现出更高的屈服强度。 随着固溶体温度的升高和保留时间的增加，平均晶粒尺寸减小，晶粒变粗，细晶强化效果降低，屈服强度降低。
Incoloy 825 合金的伸长率与固溶处理工艺有关。 当固溶体在 950°C 下施加时，伸长率随着固溶时间的增加而减小和增加。 这是因为固溶后 10 分钟，粗晶粒和细晶粒在基体中混合，塑性变形不均匀，容易发生应力集中，伸长率降低。 随着溶解时间的增加，粒径趋于恒定。 如果继续改善混合结晶状态，延长固溶时间，沉淀物溶解更彻底，伸长率提高。 在 1000°C 和 1050°C 固溶体下，随着固溶时间的延长，伸长率趋于增加。 这是由于合金元素在基体相中的溶解度增加，原子扩散强烈，析出物的溶解量大，以及在基体结构中的混溶性小，应力集中困难。 由于材料在断裂前可以承受较大的变形，因此获得了更高的伸长率。

图 4 显示了固溶处理对 Incoloy 825 合金拉伸性能的影响。
Incoloy 825 合金因其优异的耐腐蚀性而被广泛用于石油化工，其机械性能也是一个重要的考虑因素。 结合拉伸试验可知，随着固溶体温度的升高和保温时间的延长，拉伸强度和屈服强度都有不同程度的下降。 因此，在开发固溶处理工艺时，应尽可能降低固溶体温度和停留时间，以降低晶粒生长的程度，保证固溶体充足。 试验结果表明，Incoloy 825合金在950°C下固溶60 min后，抗拉强度和屈服强度指标下降。 尽管如此，在 1000°C 和 1050°C 下降解速率不如固溶体明显，拉伸强度和屈服强度更高。 同时，与原始试样相比，伸长率有所增加。 此时，材料的综合机械性能得到改善。

2.3 耐晶间腐蚀

晶间腐蚀试验分为48个循环，每个循环为1小时，采用重量法计算腐蚀速率，确定与碳化铬沉淀相关的晶间腐蚀敏感性，分析固溶过程对试样的腐蚀速率。 ，晶间腐蚀速率的计算公式如方程 （XNUMX） 所示。

γ更正=（K・Δm）/（A・t・ρ） （1）

在公式中：

• K 是一个常数，即 8.76 × 10。4.

• Δm 是质量损失 g。 A 是试样的表面积，cm2.

• t 是腐蚀时间 h。 ρ 是密度，被认为是 8.14 g/cm。3.

Incoloy 825 合金经各种工艺进行固溶处理后的晶间腐蚀速率如表 3 和图 5 所示。 可以看出，随着固溶体温度的升高和保温时间的延长，晶间腐蚀速率降低。 Incoloy 825合金的晶间腐蚀速率呈先降低后稳定的趋势，当固溶时间超过30 min时，晶间腐蚀速率趋于稳定。 研究表明，Incoloy 825 合金的晶间腐蚀性能主要受 MC 相 （TiC） 和 M 的影响。23C6 沉淀物。 TiC 为高温沉淀相，从 800 °C 左右形成，在 900 °C 左右形成最快，TiC 随着固溶体温度的升高开始溶解，当从 900 °C 加热到 1200 °C 时，其数量增加。 TiC 正在下降。 降水起始温度 M23C6 沉淀物与碳含量有关。 当含碳量为 0.01% 时，M 的析出起始温度为23C6 大约是 843 摄氏度。 随着固溶体温度的升高，M23C6 沉淀物溶解在基质中，体积减小。 为该测试选择的固溶体温度在 TiC 和 M 固溶体温度范围内。23C6 沉淀物。 随着固溶时间的增加，基体中的析出相减少，晶界处的缺铬现象减少，合金的抗晶间腐蚀能力提高。 在 950°C 固溶 60 分钟后，基质中的沉淀相完全溶解。 随着固溶体温度的升高，基体中的析出物没有表现出显著变化，晶间腐蚀速率也没有表现出显著差异，基本稳定在0.12 mm/y左右。
Incoloy 825 合金结构、力学性能和抗晶间腐蚀性能的固溶处理综合分析：随着固溶温度的升高和保留时间的延长，Incoloy 825 合金的晶粒尺寸减小，导致拉伸强度和晶间腐蚀性能下降。 屈服强度也逐渐降低，腐蚀速率降低并最终稳定下来，可以提高耐晶间腐蚀性能。 由此可见，固溶处理有效改善了 Incoloy 825 合金的组织和性能。 当固溶温度超过 1000°C 时，晶粒尺寸大大增加，伸长率和抗晶间腐蚀性能随着固溶时间的增加而增加，但拉伸强度和屈服强度大大降低。 固溶体温度为 950°C。 颗粒生长缓慢。 拉伸强度和屈服强度略有降低，但仍然具有较高的值。 在 30°C 下溶解 950 分钟后，基质很容易呈现为混合晶体结构，导致伸长率降低和高腐蚀速率。 因此，Incoloy 825 合金的最佳固溶温度为 950°C，固溶时间为 60 分钟。
表3 不同工艺固溶处理后Incoloy 825合金的晶间腐蚀速率（mm/y）

图5 固溶处理对Incoloy 825合金晶间腐蚀速率的影响

3. 总结

• 1） 随着固溶体温度的升高，Incoloy 825 合金的晶粒生长，粒度等级减小。 Incoloy 825 合金在不同固溶温度下的颗粒生长速率不同。 当固体熔化温度超过 1000°C 时，晶粒的生长较快，并伴有退火闪烁。 在 950 °C 时，颗粒生长缓慢，如果在 30 °C 下固溶时间少于 950 分钟，则基质似乎具有混合晶体结构。 在 950°C 下固溶 60 分钟可改善混合结晶态。 基体为平均粒径为 7 的等轴晶体，满足石化加氢装置钢管的粒径要求。

• 2）随着固溶体温度的升高和保温时间的延长，Incoloy 825合金的抗拉强度和屈服强度在950 °C固溶体中会不同程度地降低。 然而，虽然拉伸强度和屈服强度有所下降，但其还原率不是 1000°C 和 1050°C 固溶体，仍然具有较高的拉伸强度和屈服强度。 Incoloy 825 合金总伸长率随固溶温度的升高和保留时间的延长而增加，但在 950 °C 固溶体时，伸长率首先随着保温时间的延长而减小，并在 60 分钟后增加。 当它在 950°C 下凝固时，伸长率与原始试样相比增加，此时，材料的整体机械性能优异，材料的拉伸性能与 ASME SB423 标准的要求一致。

• 3）随着固溶体温度的升高和保留时间的延长，Incoloy 825合金的晶间腐蚀速率呈先降低后平滑的趋势。 在 950°C 下固溶 60 min 后，腐蚀速率稳定在 0.12 mm/y 左右，满足石化加氢设备晶间腐蚀速率小于 0.3 mm/y 的要求。 因此，为了满足石化加氢装置用 Incoloy 825 合金钢管的粒度、力学性能和耐晶间腐蚀要求，确定 Incoloy 825 合金固溶处理的最佳工艺为 950°C 固溶。 60 分钟。