Inconel 600合金晶界类型对碳化物析出规律的影响

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Inconel 600合金(Ni-15Cr-9Fe,wt%)为面心立方结构镍基合金,因其较好的耐腐蚀性能与综合力学性能,广泛应用为压水堆核电站中的蒸汽发生器传热管材料。压水堆核电站在实际应用中经常发生传热管腐蚀破损现象,与晶界有关的晶间腐蚀和晶间应力腐蚀开裂一直是蒸汽发生器传热管道的主要失效形式。碳化物的析出引起晶界附近贫铬是镍基高温合金与奥氏体不锈钢产生失效的主要原因。因此,为了延长蒸汽发生器传热管的使用寿命,提高传热管材料的性能,有必要对600合金晶界处碳化物的析出规律进行研究。本工作利用电子背散射衍射技术(EBSD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)研究了晶界工程处理后的600合金时效条件及晶界类型对碳化物析出规律的影响,通过高分辨透射电子显微镜(HRTEM)分析了晶界处碳化物的析出长大机制。得到的结论如下:(1)晶界类型和时效时间对600合金中晶界处碳化物的析出形貌有影响。715℃时效过程中,Σ3c晶界处析出的碳化物最少且小;Σ3i晶界两侧析出棒状碳化物;Σ9晶界一侧析出棒状碳化物;Σ27晶界和随机晶界处析出粗大的碳化物颗粒。不同类型晶界处析出碳化物的能力大小为:Σ3c<Σ3i<Σ9<Σ27≤随机。所有的碳化物随着时效时间的增加都在不断地长大。(2)时效温度对晶界处碳化物的析出形貌也有一定的影响。800℃时效过程中,各晶界处碳化物在较短的时间内发生明显长大,其长大速度远大于715℃时效过程中碳化物的长大速度。Σ3i晶界和Σ9晶界附近并未出现明显的棒状碳化物,只是在晶界上析出垂直晶界且偏向晶粒内的粗条状碳化物颗粒。在800℃时效时,不同类型晶界处析出碳化物的能力大小同样为:Σ3c<Σ3i<Σ9<Σ27≤随机。(3)不同类型晶界处析出的碳化物结构不同。时效过程中晶界处主要析出M23C6和M7C3两种类型碳化物。715℃时效过程中,Σ3c晶界处析出少且细小的M7C3碳化物,不排除存在少量M23C6碳化物的现象;Σ3i晶界处析出M23C6碳化物;Σ9晶界处在时效初期析出M23C6型碳化物,该晶界邻近其他类型的晶界片段析出M7C3型碳化物。在时效中后期晶界处析出的M7C3碳化物占大多数;Σ27晶界和随机晶界处析出粗大的M7C3碳化物颗粒。800℃时效过程中,不同类型晶界处的碳化物类型基本没有改变,只是出于TEM样品可观察的区域受限,Σ3i晶界处碳化物的类型需要进一步研究,且Σ9晶界处只发现M7C3类型的碳化物。(4)M23C6碳化物的晶格条纹间距是基体晶格条纹间距的三倍,并与基体始终保持(111)c//(111)m的共格取向关系,为面心立方结构;M7C3碳化物与基体不具有共格的取向关系,为六方结构。在时效过程中M23C6和M7C3碳化物的生长机制不同。M23C6碳化物主要以不规则形状沿着晶界向晶粒内不规则生长,与基体之间的界面处晶格条纹存在模糊区。M7C3碳化物在晶界处随机形核析出,呈现有规则的四边形态,与基体之间的界面处不存在过渡区。M23C6碳化物可能以原位转化的方式转变成M7C3碳化物,反之亦然。另外,堆垛层错和孪晶结构容易产生于单个碳化物颗粒中。(5)碳化物的析出会引起晶界附近贫铬,晶界的Σ值越高,其附近贫铬现象越严重。715℃时效过程中,随着时效时间的延长,各类型晶界附近贫铬区的宽度都在不同程度的增加;贫铬区的深度先增加后减小,在时效15 h后贫铬区深度最大,随后不同程度的降低。800℃时效过程中,晶界处的贫铬程度并不严重,小于715℃时效后各类型晶界的贫铬程度。随着时效时间的增加,各晶界附近的贫铬区深度逐渐减小,含量与基体的铬含量相差较小,且不会出现明显的贫铬现象。
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