【摘 要】
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镍基合金N08825作为经济建设中所必不可少的材料,主要应用于油气运输,海洋工程,能源等工业部门,但是其昂贵的价格限制了它的广泛运用,制备成型的镍基合金/碳钢复合板不仅具有复材N08825镍基合金优异的耐腐蚀性和基材优良的力学性能,还可减少镍铬等贵金属的使用量,降低材料成本,使其在工业中得到广泛使用。因此,为满足国内经济高速发展所带来的管道运输工业材料的需求,对热轧复合制备具有优异耐腐蚀性及冲击韧
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镍基合金N08825作为经济建设中所必不可少的材料,主要应用于油气运输,海洋工程,能源等工业部门,但是其昂贵的价格限制了它的广泛运用,制备成型的镍基合金/碳钢复合板不仅具有复材N08825镍基合金优异的耐腐蚀性和基材优良的力学性能,还可减少镍铬等贵金属的使用量,降低材料成本,使其在工业中得到广泛使用。因此,为满足国内经济高速发展所带来的管道运输工业材料的需求,对热轧复合制备具有优异耐腐蚀性及冲击韧性的镍基合金复合板的研究已经迫在眉睫,故本文采用热轧复合和固溶处理结合的方式研究制备镍基合金复合板。热轧复合有利于工业高效生产,且热轧过程中大压下率能起到细化晶粒作用,提高复合板综合性能,固溶处理能有效溶解晶界析出碳化物并提高复合板复材耐腐蚀性。但是实际生产应用中仍然存在一个主要问题,即如何解决镍基合金复合板冲击韧性与耐腐蚀性之间的矛盾,这是由于热轧阶段含铬碳化物在晶界析出,降低材料耐腐蚀性,必须通过高温固溶处理,分解晶界及复合界面处含铬碳化物,提高复合板镍基侧耐腐蚀性,但是复合板基材也处于高温固溶状态下,出现晶粒长大问题,损害复合板冲击韧性。为解决上述矛盾,本文以镍基合金N08825/碳钢复合板为研究对象,围绕镍基合金复合板制备过程及轧后固溶处理工艺,通过研究控制基材碳含量,来控制晶界含铬碳化物析出,从而降低固溶温度,提升基材冲击韧性,协调耐腐蚀性与冲击韧性的矛盾,针对以上思路,首先采用TMCP工艺制备镍基合金复合板,对复合后的复合板进行不同温度固溶处理,通过OM、SEM组织、元素扩散、冲击断口等分析,并对复合板进行耐腐蚀性实验、冲击韧性实验、剪切强度实验,协调工艺间的差异,确定了制备具有高耐腐蚀性、高结合强度、高冲击韧性的镍基合金复合板最佳轧制热处理工艺,主要结论如下:(1)通过TMCP工艺制备镍基合金复合板,当基材采用碳含量为0.069%,轧制复合后碳钢侧组织均为铁素体组织,平均晶粒尺寸为4.37m,1/4标样冲击功为29.03J,平均腐蚀速率为18.342mm/a;当基材采用碳含量为0.16%,轧制复合后碳钢侧组织均为铁素体和珠光体混合组织,平均晶粒尺寸为8.59m,1/4标样冲击功为24.27J,平均腐蚀速率为27.457mm/a,随基材碳含量增加,热轧成型后的复合板界面碳化物增加,腐蚀增加,耐腐蚀性下降,均远高于<1mm/a的要求。(2)对镍基合金复合板进行固溶处理后,对于碳含量为0.069%的基材,当固溶温度低于1100℃时,冲击韧性基本保持不变,1/4标样平均冲击功均超过33J,超过1100℃时,冲击韧性急剧下降,1/4标样平均冲击功为26.9J。当碳含量为0.16%时,1/4标样冲击功均低于22J,仅在1100℃时高于26J,故采用低碳基材低温固溶能有效防止复合板的冲击韧性剧烈下降。(4)对镍基合金复合板进行固溶处理后,当碳含量为0.069%时,固溶温度超过1000℃时,镍基合金平均腐蚀速率均低于1mm/a,碳化物析出较少;当碳含量为0.16%时,界面碳化物较多,要使镍基合金平均腐蚀速率均低于1mm/a,固溶温度需提高到1150℃以上。故采用低碳钢作为基材能降低固溶温度至1000℃,使镍基合金复合板达到相同的耐腐蚀速率。(5)对镍基合金复合板进行固溶处理后,在固溶温度低于1000℃时,两种碳含量复合板剪切强度相近,在460MPa左右;但是当固溶温度高于1000℃时,碳含量0.069%的复合板,剪切强度上升至550MPa以上,最高达564MPa;碳含量0.16%的复合板剪切强度降低至350MPa以下,均超过国家标准规定的210MPa,故采用低碳基材,固溶处理能有效提高复合板结合强度。(6)结合碳含量(主要针对碳锰钢)与固溶处理温度、耐蚀性、冲击韧性间及结合强度的对应关系,确定合理的复合板制备工艺:需要采用碳含量(w B=0.069%)较低的碳钢作为基材,通过大变形热轧工艺后,还需要对镍基合金复合板进行1000℃-1100℃的固溶处理,固溶时间为15min,冷却方式为水冷,其复材腐蚀速率在1mm/a以下,1/4标样冲击功均在33J以上,结合强度在550MPa以上。
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