热处理对铁镍基合金N08800 组织和性能的影响★

李 莎， 王贵平， 赵振铎

（1.太原钢铁（集团）有限公司先进不锈钢材料国家重点实验室；2.山西太钢不锈钢股份有限公司技术中心， 山西 太原 0 30003）

N08800 是一种超低碳奥氏体铁镍基合金，具有良好的抗氧化性能以及较高强度，优异的耐点蚀和抗应力腐蚀性能，在工业和家用高端电热管行业、工业热处理炉以及高温条件下的结构件中得到了广泛应用[1-4]。该合金板材热处理过程中，会存在第二相的析出、回溶以及晶粒组织再结晶回复不充分和晶粒粗化，进而影响板材的耐蚀、力学等性能指标。因此，为了获得组织性能俱佳的N08800 合金板材，本文主要研究热处理工艺对N08800 板材组织性能的影响，提出较佳的热处理工艺，为实际热处理生产工艺的制定提供技术指导。

1 试验材料及方法

试验材料为6 mm 的N08800 热轧板经1 130 ℃/10 min 固溶处理后，再冷轧至2 mm 的板材，其主要化学成分见表1。将冷轧板试样在箱式电阻炉中进行热处理，温度为1 060～1 120 ℃，保温时间为1～6 min 后水冷。热处理后的试样经打磨、抛光，采用6%的盐酸氯化铁溶液侵蚀，利用LEICA-DMR 金相显微镜观察晶粒组织；用硬度计和电子式材料试验机测试室温拉伸性能。按照GB/T 4334 标准中的E法进行晶间腐蚀试验。

表1 试验材料化学成分 %

2 结果及讨论

2.1 热轧板固溶及冷轧态组织分析

图1 是N08800 合金热轧板固溶处理及冷轧态的微观组织，从图1-1 可见，固溶处理后热轧板组织为单一的奥氏体，组织均匀，无析出相，晶粒度为5级；从图1-2 可见，热轧板经60%的冷轧变形量后，晶粒沿轧向变形且呈扁长状，整体来看冷轧变形比较均匀。

图1 N08800 合金热轧板退火以及冷轧态微观组织

2.2 热处理对晶粒组织的影响

下页图2 和图3 是N08800 冷轧板在不同条件下热处理后的显微组织。由图2 可见，在1 060 ℃保温1 min 时，晶粒组织为混晶，仅部分形变组织发生了再结晶，带状组织明显，其是由于时间太短导致再结晶晶核形核时间不足所致；1 060 ℃保温2 min 时，形变组织已完成再结晶，晶粒组织较均匀，晶粒度为8～9 级；随着保温时间延长至3 min、4 min，晶粒逐渐长大，晶粒度为7～8 级；保温时间继续延长至6 min，开始出现大晶粒吞并小晶粒的长大现象，晶粒度为7～5 级。

图2 1 060 ℃保温不同时间后的晶粒组织

由图3 可见，在1 060～1 120 ℃保温4 min 条件下，合金均发生了完全再结晶，组织均匀，这是由于形变导致合金基体各处存在足够高的畸变能，在适宜的热力学条件下，给再结晶晶核创造了能量条件，使其在较短时间内形成并长大，消耗掉冷加工造成的畸变完成了再结晶。随着热处理温度的升高，晶粒尺寸逐渐增大，在1 060～1 090 ℃，晶粒逐渐长大；提高至1 120 ℃，晶粒开始粗化，这是由于热激活作用增强，再结晶驱动力增加，形变组织完成再结晶后晶粒彼此吞并长大导致晶粒长大。

图3 不同温度保温4 min 热处理后的晶粒组织形貌

2.3 热处理温度对力学性能的影响

表2 是N08800 冷轧板材保温4 min 后的力学性能检测结果。可以看出，随着温度升高，合金的抗拉强度和屈服强度逐渐下降，伸长率逐渐升高。ASTM A240 标准规定室温力学性能：Rp0.2≥205 MPa，Rm＞520 MPa，A50≥30%，根据试验结果可得出热处理工艺（1 070±10）℃保温3～4 min 是厚度2.0 mm 的N08800 冷板的较佳热处理工艺。

表2 N08800 冷板热处理后室温力学性能检测结果

2.5 实际生产冷板的组织和性能

N08800 合金2.0 mm 冷板的室温拉伸测试结果见表3，冷板性能满足ASTM A240 标准要求。

表3 N08800 冷板成品的室温力学性能结果

图6 为N08800 冷板扫描组织，为典型的奥氏体，晶内和晶间均未见明显析出相，晶粒度均为7～8 级。

图6 N08800 冷板成品的显微组织

M08800 冷板经650 ℃/2 h 敏化后按GB/T 4334标准中的E 法进行晶间腐蚀试验，晶腐试样压扁后的宏观形貌见图7，试样表面未发现晶间腐蚀裂纹，晶腐合格。

图7 N08800 冷板成品晶腐试样宏观形貌

按照ASTM G36 标准对N08800 冷板开展抗应力腐蚀试验，试验条件为w（MgCl2）=42%溶液，沸腾，试验200 h。试验完毕，检查试样，无应力裂纹，可以看出，N08800 冷板具有优异的抗应力腐蚀性能。

3 结论

1）热处理制度对N08800 合金晶粒尺寸影响较大，在1 060～1 090 ℃范围内，晶粒逐渐长大，在1 120 ℃时，晶粒长大趋势明显。

2）热处理明显影响N08800 合金的力学性能。热处理温度从1 060 ℃升高至1 120 ℃，合金的强度指标逐渐降低，塑性逐渐提高。

3）N08800 合金冷板的较佳热处理工艺为（1 070±10）℃，保温时间3～4 min，该工艺下板材的晶粒组织均匀，力学性能满足标准要求且耐蚀性能优良。