劉燕平，趙 惠，李 瑩，朱 磊

(1.西安天力金屬復合材料有限公司， 西安 710201；2.陜西省層狀金屬復合材料工程研究中心， 西安 710201；3.國地聯(lián)合工程研究中心， 西安 710201)

鎳/鋼爆炸復合板有效綜合了鋼基體的強度和鎳復層的耐蝕性，節(jié)省了鎳合金材料。但是鎳/鋼復合板的熱處理一直是影響其綜合質(zhì)量的關鍵點，主要體現(xiàn)在界面顯微硬度偏高，復層耐蝕性不達標等[1-7]。文章以復層帶焊縫的鎳基合金C-276復合板為研究對象，對不同熱處理工藝下復合板性能進行對比分析。

1 實驗設備與方案設計

實驗復層選用材料為厚度5 mm的鎳基合金，其牌號為C276(該合金化學成分見表1)，拼焊方式為等離子自動焊，焊絲選用配套的ERNiCrMo-4，焊縫經(jīng)RT檢測，無焊接缺陷存在，基板選用厚度為46 mm的鋼板，牌號為Q345R，爆炸復合后，復合板試板的規(guī)格為5(復層厚度)/46(基層厚度)×380×1 000 mm。

表1 C276合金的化學成分 %

利用OLYMPUS GX41光學顯微鏡及JSM-6700F掃描電鏡觀察試樣微觀組織形貌，采用MODEL55100型電子萬能試驗機進行拉伸試驗，在LWS-160雙工位鋼筋冷彎試驗機上完成復合板彎曲試驗，HWY-30型低溫水浴完成腐蝕速率測定試驗等。

據(jù)文獻[4]顯示：鎳基合金C-276在600～950 ℃溫度區(qū)間內(nèi)具有亞穩(wěn)定性能，在此敏化溫度區(qū)長時間滯留，可能受到敏化作用，產(chǎn)生晶間腐蝕敏感性，文章結合常用熱處理制度，對復合板進行熱處理，工藝方案設計如表2所示。

表2 C276/Q345R復合板熱處理工藝方案

注：噴水—保溫結束后，放置于空氣中并配以霧狀水加速冷卻。

2 實驗結果與分析

圖1是復層帶焊縫的鎳/鋼復合板的外觀。從圖中可以看出，爆炸焊接后的復合板從外觀看，結合良好，無分層等缺陷。從復合板的超聲波(UT檢測) 結果來看：復合板結合良好，達到ASME 264-2011標準中1級要求。

圖1 C276/Q345R爆炸復合板試板

針對不同熱處理工藝下的復合板試板，檢驗各自的力學性能，檢測結果見表3?？梢钥闯觯何宸N熱處理工藝下，復合板的強度、彎曲(彎心直徑為4D，彎曲角度為180°)、沖擊、剪切性能均達到標準要求。

復合板界面硬度高主要是受爆炸復合過程中爆炸硬化的影響，從表3可以看出：隨著熱處理溫度的升高，復合板的加工硬化現(xiàn)象得到明顯改善，界面處的顯微硬度總體呈現(xiàn)下降態(tài)勢，且熱處理溫度在1 000 ℃、1 100 ℃時，界面處顯微硬度已接近基體(300HV+)硬度。熱處理溫度不僅影響復合板界面硬度，還影響復合板的剪切強度，從剪切結果來看，正火處理時，復合板的剪切強度雖有所下降，但是均高于標準要求200%以上。

表3 復合板性能結果匯總表

復合板的耐蝕性(檢驗方法選用ASTM G28 B法)是被關注的另一項關鍵指標，從表3可以看出：除1 000 ℃正火工藝下，復層的耐蝕性不滿足標準要求外，其余熱處理制度下復層的耐蝕性均達到標準要求。結合顯微組織分析，1 000 ℃工藝下，復層析出大量金屬間相，這些相的析出增大了晶界和晶粒本身在合金成分和結構方面的不均勻性，導致其腐蝕性能降低，從圖2的顯微組織圖可見，母材晶界可現(xiàn)明顯晶間腐蝕裂紋和晶界加寬現(xiàn)象，說明試樣存在較嚴重的晶間腐蝕；觀察晶間腐蝕實驗后試樣的外觀(如圖3)可見，整個復層布滿了腐蝕孔洞，且焊縫位置更為集中，該工藝下試板宏觀與微觀觀察結果與耐蝕性實驗結果是一致的，經(jīng)能譜分析(見圖4)，該析出相成分以Mo、W為主。

圖2 3#試板復層顯微組織

圖3 3#試板復層腐蝕后外觀

ElementWeight/%Atomic/%Cr K12.6217.74Fe K4.435.79Ni K34.2642.64Mo L39.7230.26W M8.983.57Totals100.00

對于1 100 ℃溫度下的正火處理，對比空冷和水冷狀態(tài)下試樣的顯微組織(見圖5)可見，空冷條件下組織中二次相析出的量較多，這主要是因為空冷狀態(tài)下，C-276冷卻速率較慢，在敏化溫度(600～950 ℃)區(qū)間停留時間較長，導致更多的二次相析出，但從腐蝕速率實驗結果來看，仍完全滿足標準≤2.75 mm/Y的要求。

圖5 不同冷卻方式下的C276顯微組織

綜上所述：對于復層為C-276的復合板，為了最大限度的改善爆炸硬化現(xiàn)象，降低界面硬度，并且有效保證復層的耐蝕性，應對復合板進行1 100 ℃下的正火，并配合盡可能大的冷卻速率，減少二次相析出。

3 結論

1) C276/Q345R爆炸復合板試板在低溫(480～550 ℃)退火或高溫(1 100 ℃)正火，各項性能均能達到相關標準要求。

2) 采用低溫(480～550 ℃)退火時，復合板爆炸硬化改善不充分，使復合板界面顯微硬度過高，不利于后續(xù)加工。

3) 為了最大限度的改善爆炸硬化現(xiàn)象，降低界面硬度，并且有效保證復層的耐蝕性，應對復合板進行1 100 ℃加熱后正火，并配合盡可能大的冷卻速率，以減少二次相的析出。