铝、铬元素对热轧态Incoloy800H合金耐碳酸熔盐腐蚀行为研究

金属合金在聚光太阳能热发电系统中会受到熔盐腐蚀,导致其寿命缩短。为了延长Incoloy 800H合金在碳酸熔盐腐蚀中的使用寿命,采用真空感应炉熔炼制备了不同Al、Cr含量的Incoloy 800H(800H)合金,通过XRD、SEM、TEM等分析测试手段,探究Al、Cr元素对800H合金耐碳酸熔盐腐蚀的作用机制。结果表明:在650℃的碳酸熔盐[32.1%(质量分数,下同)Li_(2)CO_(3)+33.4%Na_(2)CO_(3)+34.5%K_(2)CO_(3)]中浸泡240 h后,Al含量为3%的800H合金的腐蚀速率为1071.00μm/a,当铬含量为2.75%时的800H合金的腐蚀速率为359.56μm/a,腐蚀产物主要为LiFeO_(2)和NiO。这是由于随着Al含量的增加,试验钢基体表面形成的Al的氧化物钝化膜更厚更致密,从而起到良好的保护作用。Cr含量的降低会减少可溶性Cr氧化物的生成,使其他保护性氧化层生成的含量增加,减少基体中Fe元素的析出,从而提高了合金的耐腐蚀性能。

GH909合金喷丸强化残余应力场的研究

研究了 GH90 9合金不同喷丸强化工艺下的残余应力场和残余应力在 5 5 0℃的松弛情况 ,总结了喷丸强化所获得的残余应力场特性。结果表明 ,GH90 9合金经适当喷丸强化后获得的有益残余压应力场可改善其疲劳性能。

Incoloy800合金的高温微动磨损特性

采用PLINT高温微动磨损试验机,研究核电用管材Incoloy800合金的高温微动磨损机制和动力学特性。Incoloy800合金圆管试件与0Cr18Ni9不锈钢配副件圆柱体在水平面上垂直交叉接触,控制法向载荷为80N、位移幅值为2～20μm、循环次数为3×104次,在不同温度(25℃、300℃和400℃)下进行微动磨损试验。结果表明:当载荷、温度一定时,随着位移幅值的增大,Incoloy800合金的微动运行经历从部分滑移区向混合区和滑移区规律性的转变。温度升高并未对微动运行的区域特性以及部分滑移区的稳态摩擦系数产生显著影响,但在混合区和滑移区,稳态摩擦系数随温度的升高而明显降低。Incoloy800合金的高温微动磨损机制主要表现为摩擦氧化、磨粒磨损与剥层的共同作用。

低膨胀高温合金GH909再结晶研究

采用X射线衍射和金相显微组织分析技术 ,研究了低膨胀高温合金GH90 9再结晶的开始与终了温度。结果表明 :GH90 9合金再结晶的开始与终了温度分别为 91 5℃和 980℃ ,995℃后再结晶晶粒开始长大 。

Incoloy800H合金晶间腐蚀敏化条件试验

采用硫酸-硫酸铜腐刻试验和双环动电位电化学再活化(DL-EPR)试验研究Incoloy800H合金晶间腐蚀敏感性,分析敏化温度与敏化时间对Incoloy800H合金晶间腐蚀敏感性的影响。分别采用光学显微镜、扫描电子显微镜和X射线能谱对Incoloy800H合金敏化试样的微观结构和DL-EPR测试后的表面形貌、表面元素进行表征。结果表明:随着敏化温度升高和敏化时间延长,Incoloy800H合金的晶间腐蚀敏感性先增大后减小,在750℃敏化处理4 h后Incoloy800H合金的敏化程度最大,再活化率达到71.8%;高温环境下,碳化物在Incoloy800H合金晶界析出形成贫铬区,导致Incoloy800H合金出现晶间腐蚀倾向;当敏化温度和敏化时间超过临界值时,贫铬区发生铬元素的自修复,晶间腐蚀敏感性显著减小。

GH909合金在700℃长期时效稳定性研究

研究了GH909合金在700℃长期时效2000h后的组织和性能的变化。结果表明,合金在700℃时效500h后的拉伸强度下降,时效500~2000h拉伸强度趋于稳定;时效100h的650℃/510MPa缺口持久寿命提高,随时效时间的延长,缺口持久寿命下降。合金在700℃时效后性能的变化主要与γ′相和针状ε/ε″相的变化有关。

Incoloy825合金TIG和PAW焊接接头耐晶间腐蚀性能的对比

采用ASTM A262-E标准方法对Incoloy825合金钨极氩弧焊(TIG)接头和等离子弧焊(PAW)接头进行晶间腐蚀试验,通过腐蚀速率、背弯曲性能以及腐蚀形貌对两种焊接接头的耐晶间腐蚀性能进行了对比。结果表明:PAW焊接接头的平均腐蚀速率为0.156 6g·m-2·h-1,TIG焊接接头的为0.229 3g·m-2·h-1;两种焊接接头经过背弯曲后,拉伸面上均未发现裂纹;TIG焊接接头紧邻熔合线的热影响区中晶粒较粗大,晶界上有细小的碳化物析出;PAW焊接接头紧邻熔合线附近区域的热影响区中晶粒长大不明显;PAW焊接接头的晶粒尺寸比TIG接头的粗大。

晶界工程处理对Incoloy 800合金耐腐蚀性能和力学性能的影响

通过扫描电子显微镜(scaJl electron microscopy,SEM)、光学显微镜和电化学工作站分析研究晶界工程(grain boundary engineering,GBE)工艺对Incoloy 800合金的耐蚀性能和力学性能的影响.Incoloy 800合金在980℃固溶处理15 min,冷轧5%后在980℃退火15 rain,其耐晶间腐蚀能力和临界点蚀电位均显著提高,抗拉强度和δ_(0.2)略有提高,断后伸长率则变化不大.

Incoloy800H合金在高温纯水蒸气中的氧化行为

采用不连续称重法、X射线衍射及扫描电子显微镜等研究了Incoloy800H合金在750℃和850℃纯水蒸气中的氧化行为。结果表明:试验合金的氧化动力学近似遵循抛物线规律,温度升高后其氧化急剧加速;在750℃蒸汽中氧化后,试验合金表面形成以(Cr,Mn)_2O_3为主的氧化膜,其上分布着不连续呈突起状的Fe_3O_4,在氧化膜下方基体中的铬被内氧化为Cr_2O_3;在850℃蒸汽中氧化后,试验合金表面形成双层氧化膜,外层为薄的(Fe,Mn)_3O_4,内层为厚的(Cr,Mn)_2O_3,氧化膜下方基体中的铝沿晶界发生内氧化生成Al2O3。

应力和水化学参数对Incoloy800H合金晶间腐蚀的影响试验

应用静态浸泡和动电位极化曲线测量,并结合金相显微镜观察,试验研究了某核电机组蒸汽发生器启动过程中应力和水化学参数对Incoloy800H合金晶间腐蚀的影响。结果表明:应力作用显著提高了Incoloy800H合金晶间腐蚀敏感性,且随着应力增大晶间腐蚀敏感性增强;氯离子质量浓度、溶解氧量和p H值等水化学参数对Incoloy800H合金晶间腐蚀具有显著影响,降低氯离子质量浓度和溶解氧量、提高p H值,可有效抑制Incoloy800H合金晶间腐蚀的发生。

Incoloy 800合金晶界工程工艺优化研究

运用电子背散射衍射(EBSD)和取向成像显微技术(OIM)研究了退火时间和冷轧变形量对Incoloy 800合金晶界特征分布的影响。结果显示,随着退火时间的延长,总的低ΣCSL(coincidence site lattice,Σ≤29)晶界比例在60%～70%范围内缓慢增长,Σ1晶界比例随Σ3晶界比例上升而下降。随着变形量的增加,总的低ΣCSL晶界、Σ3晶界、Σ9晶界和Σ27晶界比例均呈现先增加后降低的趋势,而Σ1晶界相反,出现先降低后增加的趋势。优化的Incoloy 800合金晶界工程工艺为:在980℃固溶处理15 min,冷轧5%后在980℃退火15 min。

试验温度及热老化对Incoloy 800H合金冲击性能的影响

本文对高温气冷堆核电机组传热管高温段材料Incoloy 800H合金冲击性能进行研究,借助扫描电镜、X射线能谱和示波冲击试验等分析了试验温度以及热老化时间对Incoloy 800H合金冲击韧性和动态断裂韧性的影响。试验结果表明:固溶态Incoloy 800H合金在675℃的总冲击能量和动态断裂韧性比室温时降低约30%,主要原因是温度升高合金的强度降低。热老化300 h后室温和675℃的Incoloy 800H合金总冲击能量分别降低68.8%和55.4%,随着热老化时间的延长,冲击能量下降速度趋缓,热老化3000 h后,室温和675℃冲击能量比固溶态分别降低74.1%和60.3%,室温和675℃的动态断裂韧性降低约70%。热老化后冲击韧性降低的原因是晶界、孪晶界以及晶内大量析出相沉淀导致的材料塑性降低。根据总冲击吸收能量、动态载荷-位移曲线类型和断口韧性断面率判断热老化3000 h后Incoloy 800H合金仍具有良好的韧性。

GH909合金长期时效后组织和性能的研究

研究了GH90 9合金在 6 50℃长期时效后的组织和性能的变化。结果表明 ,合金在 6 50℃长期时效后 ,针状ε和ε″相大量析出并粗化 ,γ′相数量增加 ,尺寸基本不变 ;合金的拉伸强度下降 ,塑性提高 ,6 50℃× 510MPa缺口持久寿命提高。合金在 6 50℃长期时效 2 0 0 0h后组织和性能比较稳定 。

国产Incoloy 800H合金在氦气中时效后力学性能及微观组织演化

本文研究了国产Incoloy 800H合金在675℃高纯氦气时效3000 h过程中微观组织演化情况,分别采用扫描电镜、X射线能谱、透射电镜和力学性能试验等方法分析该合金微观组织变化对力学性能的影响。研究结果表明:时效后Incoloy 800H合金力学性能良好,满足ASME SB 163-2015的要求;随时效时间延长,室温抗拉强度和显微维氏硬度呈上升趋势,与供货态相比时效3000 h后室温抗拉强度和显微维氏硬度分别上升7.1%和16.9%;时效后M23C6型碳化物在晶界和晶内析出,二次Ti(C,N)相主要在晶内析出;随着时效时间的延长,晶界不连续颗粒状M23C6型碳化物尺寸略有增大,时效3000 h后晶界附近M23C6尺寸约为400~700 nm,晶内M23C6和二次Ti(C,N)相数量显著增多,尺寸变化不大,分别约为120~160 nm和200~250 nm,未发现σ相和G相等有害相。

Incoloy825合金电渣重熔低氟渣系设计的热力学研究

为控制Incoloy825合金中的Al、Ti含量,并减少电渣过程中氟化物的挥发.借助FactSage热力学软件,建立渣−金反应的热力学模型.设计出适宜控制Al、Ti含量的低氟渣系,探究了渣中组元与Al2O3和TiO2活度比的关系,并通过高温渣–金平衡实验进行验证.结果表明:当渣中CaO和Al2O3含量增加,导致lg(a2Al2O3/a3TiO2)值升高,即合金中Ti含量降低,Al含量升高;与此相反,渣中TiO2含量升高,使lg(a2Al2O3/a3TiO2)值降低,即Ti含量增加,Al含量减少;渣中CaF2和MgO含量的增加对lg(a2Al2O3/a3TiO2)的影响较小.合金中Al、Ti含量相差较大时,合金中Ti元素易氧化;Al、Ti含量相差较小时,Al元素易氧化.渣中CaO的质量分数为30%~33%、Al2O3的质量分数为30%~33%、TiO2的质量分数为6%~12%、CaF2的质量分数为20%~30%、MgO的质量分数为1%~5%时,能够有效控制合金中Al、Ti元素含量.

Incoloy 825镍基合金的低周疲劳行为

为了研究Incoloy 825镍基合金的循环应力响应行为和低周疲劳行为,在室温和760℃下进行外加总应变幅控制下的疲劳实验,确定了合金在不同温度下的应变疲劳参数.利用透射电子显微镜和扫描电子显微镜分析了合金疲劳变形后的位错亚结构与断口形貌.结果表明,室温下合金呈现先循环硬化后循环软化的特征,而在760℃下合金则呈现先循环硬化后循环软化或循环稳定的特征.在不同温度下合金的塑性应变幅、弹性应变幅与断裂时的载荷反向周次之间均呈现单斜率线性关系,并分别服从Coffin-Manson和Basquin公式.在室温和760℃下合金的低周疲劳变形机制主要为平面滑移,且疲劳裂纹均以穿晶方式萌生和扩展.

Incoloy800合金轧制变形的数值模拟及组织与性能研究

利用Deform软件建立了Incoloy800合金双辊轧机轧制的三维有限元模型,分析了Incoloy800合金在不同轧制温度下多道次轧制过程中的金属变形流动规律、应力应变场和轧制力的分布和特点,同时研究了不同温度轧制处理的Incoloy800合金大变形后的微观组织演变和力学性能。结果表明,在热轧过程中Incoloy800合金表面与轧辊接触区域的等效应力较大,并且从塑性变形区中间位置向两边呈逐渐减小趋势。随着轧制道次增加,稳定变形阶段载荷增大且变形更加均匀。与铸态和固溶态相比,大变形热轧处理后Incoloy800合金的强度明显提升,但伸长率降低明显,塑性变形能力下降。不同温度轧制后,Incoloy800合金的微观组织呈现沿轧制方向的纤维状轧制变形带组织;随着变形温度升高,晶粒长大,晶内析出相增多,当增加到800℃时发生动态再结晶。

焊接工艺对Incoloy 825镍基合金接头力学性能及耐腐蚀性能的影响

采用不同的焊接工艺对Incoloy 825镍基合金进行焊接,并对比分析了不同焊接工艺下焊接接头的力学性能及耐腐蚀性能。结果表明:纯钨极氩弧焊工艺焊接接头的强度、韧性最佳,药芯焊丝气体保护焊工艺接头的最差,埋弧焊及焊条电弧焊工艺接头的居于其间;通过进行点蚀、晶间腐蚀、H_(2)S应力腐蚀、CO_(2)应力腐蚀及高温高压CO_(2)腐蚀试验,表明纯钨极氩弧焊工艺焊接接头的耐腐蚀性能最优,为后续工程项目焊接工艺开发提供了良好的借鉴。

Incoloy 825合金+X65复合管焊接性和焊接工艺

对Incoloy 825合金+X65复合管的焊接性,分别从合金化学成分、力学性能和物理性能进行了分析,并对Incoloy 825合金+X65复合管进行了焊接工艺试验。焊后力学性能检验、模拟腐蚀环境失重试验表明,Incoloy 825合金+X65复合管焊接接头具有良好的性能,可应用于腐蚀性油气田开发中。

低膨胀IN909合金650℃的氧化行为

IN909低膨胀高温合金具有较低的热膨胀系数和高的综合力学性能,但由于合金不含Cr,其抗氧化性能较差,因此,在高温使用时需采用氧化涂层.为进一步提高合金的抗氧化性能,采用扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDX)方法,研究了低膨胀IN909合金在650℃的氧化行为,结果显示IN909合金的氧化质量增加分段遵循抛物线规律,氧化由晶界开始,形成Nb、Ti、Si等元素的晶界氧化物;Fe置换氧化物中的Nb、Ti、Si,形成外层Fe的氧化物.氧化过程中,Fe由基体向合金表面扩散,Nb和Ti由氧化过渡层向基体扩散.Nb和Ti在基体前沿的富集形成ε相大量析出的薄层,可有效地阻碍Fe元素的进一步扩散,降低氧化速率.