提高690合金材料耐腐蚀性能的工艺方法

摘要

本发明涉及一种提高690合金材料耐腐蚀性能的工艺方法，它是将690合金材料在1100℃保温15min，然后水冷；进行3～10％的冷轧变形；进行再结晶退火，在1050～1150℃保温5～30min，然后水冷，可得较高耐腐蚀性能的690合金材料。本工艺不仅不需改变材料的成分，而且与现有的同类工艺相比，既不需长时间的退火，也不需要反复加工及退火，所以工艺更加简单，容易操作，具有十分明显的经济效益。

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高690合金材料耐腐蚀性能的工艺方法，属金属材料的形变及热处理工艺技术领域。

背景技术

Ni基690合金是一种低层错能的面心立方金属材料，它的一个重要应用方面是作为压水堆核电站蒸汽发生器的传热管材，提高这种管材的耐晶间腐蚀和抗应力腐蚀性能，是延长蒸汽发生器使用寿命，提高核电经济性的一个重要问题。材料的许多性能都与晶界的特性有着密切的关系，如材料中发生的晶间断裂、腐蚀、扩散、偏聚、滑移等问题都受到晶界结构的影响。同样晶界特性对690合金的耐腐蚀能力也有很大影响。

在上世纪八十年代出现了晶界设计及控制的概念，继而发展形成了“晶界工程”这一研究领域。该领域研究的内容主要包括：研究控制并提高低∑CSL晶界比例(CSL是“coincidence site lattice”的缩写，意思是重位点阵。低∑CSL是指∑≤29)的工艺方法；研究与晶界相关的一些性能与低∑CSL晶界比例及其空间分布的关系。目前晶界工程研究主要集中于低层错能的面心立方金属材料，基于退火孪晶的形成来提高这类材料中低∑CSL晶界的比例，目前已经报道的主要有两种工艺路线：(1)通过3％-8％变形后，在略低于材料再结晶温度下长时间(10-100h)退火；(2)通过15％-40％的变形后，在高于再结晶温度短时间(3-60min)退火，并重复这样的工艺3-7次。这两种工艺都能明显提高材料的低∑CSL晶界比例，从而大幅提高与晶界相关的多种性能。比如运用第一种工艺使304不锈钢的低∑CSL晶界比例提高到80％以上后，腐蚀速率降低75％以上。运用第二种工艺处理使Inconel600合金的低∑CSL晶界比例提高到60-70％后，腐蚀速率可降低30-60％。这些方法在铅合金和黄铜中也得到应用，但在690合金中还没有报道过。这些工艺方法的优点是不用改变材料成分，只需调整冷轧和热处理制度，就可大幅提高材料中低∑CSL晶界比例，改善与晶界相关的多种性能。但是第一种工艺需要长时间的退火，而第二种工艺需要反复冷加工及退火，这两种工艺都不利于工业生产中的成本控制。所以本发明提出另一种工艺方法来提高690合金中的低∑CSL晶界比例，在其它一些低层错能的面心立方金属材料中也可以参照使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高690合金材料耐腐蚀性能的工艺方法。

本发明的目的是通过以下技术手段来实现的。

一种提高690合金材料耐腐蚀性能的工艺方法，其特征是该方法具有以下工艺步骤：

a.将690合金材料在1100℃保温15min，然后水冷；

b.进行冷轧变形，变形量为3～10％；

c.进行再结晶退火，在1050～1150℃保温5～30min，然后水冷，可得较高耐腐蚀性能的690合金材料。

本发明主要针对690合金(成分的质量百分比为：60.52 Ni，28.91 Cr，9.45 Fe，0.025 C，0.008 N，0.4 Ti，0.34 Al，0.14 Si)，确定冷轧及退火工艺，获得低∑CSL(重位点阵)晶界比例高于70％(Palumbo-Aust标准)的材料，经传统工艺加工的材料中低∑CSL晶界比例为46％。低∑CSL晶界比例高的材料与低∑CSL晶界比例低的材料相比可明显提高材料耐晶间腐蚀性能。这对690合金应用于化学工业时也同样适用。

本发明的工艺方法是应用于690合金管材、板材成型加工过程中的最后一道工序，通过本工艺可以实现在不改变合金成分的前提下提高材料的耐晶间腐蚀性能。对其它与晶粒晶界相关的性能，如抗应力腐蚀、蠕变、疲劳性能也有改善。材料在处理之前，必须先进行高温热处理，保证材料中不能有形变储能。然后材料在没有形变储能的状态下，进行3～10％的冷轧变形(以材料的厚度变化计算)，冷轧变形量要精确控制在这样的范围内。冷轧后进行再结晶退火，在1050～1150℃短时间保温后水冷，温度要高于固溶温度，这样，不会因为析出碳化物而影响再结晶过程中一般大角晶界的迁移。这种小形变量后的再结晶退火可明显提高材料中的∑3ⁿ晶界(n＝1，2，3)比例，从而提高总体低∑CSL晶界的比例。再结晶退火的保温时间控制在5～30min范围内，继续延长保温时间会使低∑CSL晶界比例明显降低。

本发明的特点是：本工艺方法既不需要长时间的退火，也不需要反复冷变形及退火(不同于已经公开的两种技术之处)。主要特点是对690合金材料在没有形变储能的状态下，进行小变形量冷轧，然后进行高温短时间再结晶退火，所以工艺更加简单，容易操作。具有十分明显的经济效益。

附图说明

图1为含有不同比例低∑CSL晶界的样品A(72％低∑CSL晶界)，B(70％低∑CSL晶界)和C(46％低∑CSL晶界)，单位面积腐蚀失重与腐蚀时间的关系。

图2为含有72％低∑CSL晶界的样品(a)，含有70％低∑CSL晶界的样品(b)和含有46％低∑CSL晶界的样品(c)，经过216小时腐蚀后的表面形貌。

具体实施方式

现将本发明的实施例具体叙述于后。

实施例1

将690合金(成分的质量百分比为：60.52 Ni，28.91 Cr，9.45 Fe，0.025 C，0.008 N，0.4 Ti，0.34 Al，0.14 Si)板材在1100℃保温15min，然后水冷；经过冷轧5％后，进行再结晶退火，在1100℃分别保温5min(A样品)，和保温30min(B样品)，然后水冷。经EBSD(电子背散射衍射)方法测定，A样品中的低∑CSL晶界比例为72％，B样品中的低∑CSL晶界比例为70％。为了对比，采用传统工艺处理后的样品经EBSD方法测定，低∑CSL晶界比例为46％(C样品)。低∑CSL晶界都按Palumbo-Aust标准统计。将这三种样品在715℃保温2h，然后空冷，作为用于晶间腐蚀试验的敏化处理。用电解抛光的方法将样品表面清洁干净后，测量表面面积，并对样品称重。然后浸泡在溶液中腐蚀，溶液的成分为：65％HNO₃+0.4％HF，实验在室温进行。每24小时将样品取出用水清洗3遍，然后浸泡在酒精中10分钟，取出后用电吹风烘干。然后称重，获得腐蚀失重。这样的腐蚀考验共进行了216小时。腐蚀后的样品表面用扫描电镜观察。

图1是含有不同比例低∑CSL晶界690合金样品的腐蚀失重与腐蚀时间的关系。从图中可看出，低∑CSL晶界比例为46％的C样品腐蚀失重明显比低∑CSL晶界比例分别为72％的A样品，和70％的B样品严重。晶间腐蚀失重的主要特点是材料表面的晶粒经腐蚀后脱落。经过216小时的腐蚀，样品A和B表面只有很少部分晶粒脱落，而样品C表面的晶粒几乎已完全脱落，如图2所示。这说明低∑CSL晶界的比例对晶间腐蚀性能有着很大的影响，低∑CSL晶界比例高的样品明显比低∑CSL晶界比例低的样品耐晶间腐蚀。