什麼叫合金的組織
1
問題的提出
一臺酸汽化器裝置的製造任務，該裝置其實是一臺管殼式換熱器，管程介質為
HF
酸
+
烴，屬高毒性、高腐蝕性介質，因此設計採用鎳銅合金作為管程部分的主體材料，管箱封頭和短節為板材，材料執行
ASME SB127 UNS N04400
標準
；
管板為鍛件，材料執行
SB564 UNS N04400
標準
；
換熱管的材料標準為
SB163 UNS N04400；
板、鍛件和管的交貨狀態應為退火狀態。該裝置合金板料為兩種規格，管箱封頭板厚
14mm
，管箱短節板厚
10mm
。
管殼式換熱器材料的使用應遵循
TSGR0004
—
2009
《固定式壓力容器安全技術監察規程》中
2。9
款
“境外牌號材料的使用”的相關要求，壓力容器製造單位應對進廠材料與材料質量證明書進行稽核，並對材料的化學成分和力學效能進行復驗，符合本規程及相應材料標準的要求後才能投料使用。為此對採購的每張板進行了化學成分、力學效能檢驗。為方便試驗對每張板進行了編號。封頭用板定為
B1
，短節用板定為
B2
。檢驗結果見表
1
和表
2
。
對照相關材料標準，表
1
中化學成分檢驗結果表明兩張合金板的化學成分均滿足要求。表
2
中力學效能檢驗結果表明，
B2
滿足力學效能要求，而
B1
的力學效能結果相對熱軋狀態和退火狀態均不完全滿足，
B1
板的斷後伸長率低於退火板的標準值，
B1
板的屈服強度低於熱軋板的標準值。
B1
板不可直接投料使用。初步分析認為是合金板的熱處理存在問題。如退貨重新採購趕不上工期要求，解決問題的最好途徑是改進熱處理，提高板材力學效能。
2
不合格原因分析
為查明
B1
合金板力學效能不滿足標準要求的原因，對合金板
B1
和
B2
進行了金相檢驗。金相檢驗結果見圖
1
，
B2
板的組織晶粒度均勻且細小，平均晶粒度7。5
級
；B1
板的組織晶粒度不均勻，且大晶粒沿軋製方向呈條帶狀分佈。對於蒙乃爾合金板，均勻細小的晶粒可以獲得理想的效能，由於合金板
B1
沿軋製方向存在條帶狀的大晶粒組織，導致了
B1
板各向異性明顯，橫向拉伸斷後伸長率不能滿足標準要求，分析原因可能是合金板軋製後的退火溫度和時間控制不當，導致軋製過程中產生的組織不均勻性無法消除所致。
3
熱處理試驗結果與分析
為消除組織的不均勻性，改善合金板的效能，制定熱處理工藝時應從加熱溫度和保溫時間兩方面綜合考慮。鎳銅合金
（SB127 UNS N04400）
的主要成分鎳、銅、鐵和少量的碳，其組織結構為具有面心立方結構的單相奧氏體固溶體，從室溫加熱到退火溫度不發生相變，因此，合金板軋製後的退火是一種再結晶退火，目的是軟化金屬，改善效能。退火溫度的提高和保溫時間的延長都會加速再結晶完成的速度，但是考慮本公司熱處理裝置能力，延長保溫時間會增加合金板表面氧化皮的厚度，從而使合金板的實際厚度減小，降低了裝置的安全使用係數，因此制定熱處理方案時主要考慮加熱溫度的變化。分別制定了
3
種熱處理工藝①隨爐升溫，保溫溫度
（760
±
10）
℃，保溫時間
40min
，空冷
；
②隨爐升溫，保溫溫度
（860
±
10）
℃，保溫時間
40min
，空冷
；
③隨爐升溫，保溫溫度
：（960
±
10）
℃，保溫時間
40min
，空冷。從
B1
板上取
3
個
20mm
×
150mm
的拉伸試樣，用箱式電爐對
3
組試樣分別進行
3
種熱處理，之後進行金相和力學效能檢驗，結果見表
3
和圖
2
。
對比
3
種不同熱處理工藝處理後的試驗結果，可知，退火溫度
760
℃時，原來的帶狀組織得到改善，但沒有消除，晶粒度仍不均勻，見圖
2（a）
，斷後伸長率有所提高，基本能滿足標準要求。退火溫度
860
℃時，原來的帶狀組織已消除，晶粒度均勻，平均晶粒度為5。5
級，見圖
2（b）
，拉伸試驗的各項結果均滿足標準要求。退火溫度
960
℃時，原來的帶狀組織已消除，晶粒度均勻，晶粒粗大，平均晶粒度為
2
級，見圖
2（c）
，拉伸試驗的各項結果雖能滿足標準要求，但
Rp0。2
值剛剛滿足標準要求。因此，最佳方案是工藝
2
，既可消除帶狀組織，且晶粒比較均勻，不粗大，力學效能指標合格。
按照工藝
2
對整張
B1
合金板進行了退火處理，後從合金板上取樣進行金相和拉伸試驗，力學效能為
Rm=543MPa
，
Rp0。2
=279MPa
，
A=41%；
組織如圖
3
所示，條帶狀組織已消除，晶粒度均勻，平均晶粒度
6
級，滿足退火狀態合金板的標準要求。
4
結論
SB127
UNS N04400
合金板沿軋製方向存在條帶狀的大晶粒組織，若軋製後的退火溫度和時間控制不當，將導致合金板退火後的效能及組織無法滿足標準要求，因此，合金板軋製後應選擇合理的退火溫度和時間，使組織均勻細小，從而消除帶狀組織。
