N抑制Inconel 690合金晶界碳化物析出机理研究

Inconel 690合金是一种核电蒸汽发生器传热管用镍基高铬合金，晶界析出碳化物导致的Cr贫化对腐蚀性能有很大影响，进而影响传热管的安全性和使用寿命。申请者在近期研究中发现，690合金中N具有抑制晶界碳化物析出的有益作用，此现象在镍基合金中鲜有报道。本项目拟以690合金为研究对象，在前期工作基础上探索N对晶界碳化物析出行为的影响。采用俄歇电子谱、透射电镜结合电子能量损失谱研究C、N在晶界的偏聚规律；研究不同N含量690合金晶界及附近缺陷的特征和晶界碳化物的析出形貌、结构特征，及N添加导致晶界Cr含量的变化规律；揭示N抑制晶界碳化物析出的机理。研究结果有望为690合金N的微合金化改性提供理论依据，并对进一步提高690合金传热管的安全性和使用寿命提供新思路。

Inconel 690合金是一种核电蒸汽发生器传热管用镍基高铬合金，晶界析出碳化物导致的Cr贫化对腐蚀性能有很大影响，进而影响传热管的安全性和使用寿命。本项目采用金相、扫描电镜、投射电镜、俄歇电子谱和X射线衍射等方法研究N元素影响690合金晶粒尺寸、晶界碳化物析出行为、晶界Cr贫化及晶界特征分布。实验发现适量的N即可显著抑制690合金固溶长大倾向性，N含量超过约400ppm后晶粒出现不均匀现象；合金经固溶+TT处理晶界析出高Cr含量的M23C6型碳化物，随N含量的增加，TT处理后晶界碳化物数量减少、间距增大，同时晶界析出形貌由连续分布转变为半连续分布，直至离散分布；N优先C在晶界占位，并影响Cr原子的扩散，导致随N含量增加晶界Cr贫化得到极大缓解；N含量适量增加，合金的层错几率也随之增加、层错能降低，合金中Σ3退火孪晶密度由0.03个/µm增加到0.06个/µm；690合金中N含量超过180ppm后，TiN夹杂物析出的趋势明显增加，这势必会影响合金的力学及抗腐蚀性能。研究确定，含有110-180ppm氮含量的690合金经适当热处理后，晶粒细小，组织均匀无明显氮化物夹杂，晶界碳化物细小、半连续分布，合金力学和腐蚀性能得到一定提高。这为N的微合金化改性提供理论依据，并对进一步提高690合金传热管的安全性和使用寿命提供新思路。