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                          雙相不銹鋼管的金相組織和耐腐蝕性能與制造時熱處理方法有什么關系
                          時間:2021-04-07 08:23:39        點擊量:【 】次

                             奧氏體不銹鋼管因具有許多優良性能,應用廣泛,但使用中危害性最大的是容易發生局部腐蝕。而且由于合金元素Ni的儲存量日益下降,使其價格猛漲,因此,如何減少鎳的消耗,已成為冶金學家和鑄造工作者最先考慮的問題。鐵素體系不銹鋼管能夠在某種程度上彌補奧氏體系不銹鋼管的缺點,但鐵素體不銹鋼管的塑韌性低,機械加工性和可焊性較差,為此,新型不銹鋼管種的研究主要集中在發展綜合性能良好的鐵素體一奧氏體雙相不銹鋼管上。這種雙相鋼具有一系列的優點,如能較好地抵抗應力腐蝕、點蝕和晶間腐蝕,因此能夠彌補奧氏體鋼抗局部腐蝕性能較差的缺點,并且這種鋼的屈眼強度高,約為奧氏體不銹鋼管的2倍.而塑性和韌性比鐵素體鋼的好,并且有優良的鑄造性能和焊接性能。目前,世界各國雖然公認雙相不銹鋼管是有希望的鋼種,但是對這類鋼的詳細研究報道很少,特別是鑄造雙相不銹鋼管的報道更為少見。我們開發研制的低鎳雙相不銹鋼管,經過適當的熱處理后,具有比含鉬、銅的高鎳鉻不銹鋼管更好的耐蝕性和成本低的特點。

                          1鋼的冶煉及熱處理

                          1.1鋼的冶煉

                              試驗鋼均在中頻感應電爐中采用不氧化法熔煉.冶煉過程分兩步進行.第一步是用電弧護采用氧化法冶煉工業純鐵,以降低鐵的碳、磷和硫量,第二步是在中頻感應電爐中冶煉試驗鋼.所用金屬護料包括工業純鐵、徽碳鉻鐵、電解鎳、電解銅、鉬鐵等,此外采用鋁粉、硅鐵粉作為脫氧劑。

                          1.2鋼的熱處理

                              為研究不同的熱處理工藝對鋼的組織與耐蝕性的影響,找出試驗鋼的最佳熱處理規范,對低鎳鑄造雙相不銹鋼管進行了如下的熱處理:950℃X2h水淬,1 050℃X2h水淬,1 150℃X2h爐冷至1 040℃X0.5h水淬.K合金(Cr24Ni20Mo2Cu3鋼)為性能優良的對比試驗用材料,其熱處理工藝采用1000℃X 2 h水淬的固溶處理。

                              此外,為了研究敏化處理對試驗鋼耐晶間腐蝕性能的影響,對低鎳鑄造雙相不銹鋼管和K合金分別進行了550 ℃X2 h空冷和650℃X2h空冷的敏化處理.熱處理均在箱式電爐中進行。

                          2試驗鋼的金相組織

                              采用金相顯徽鏡,X-射線衍射及電子探針相結合的方法,研究了不同熱處理狀態下的低鎳鑄造雙相不銹翎的相的種類、形態和成分,其金相組織見圖1,X-射線衍射結果見圖2,電子探針的定量分析結果見表2。

                              由圖2可見,低鎳鑄造雙相不銹鋼管的x-射線衍射譜圖中只有α和γ兩個峰值,這與金相照片所觀察的結果是一致的.圖1(a)為試驗鋼的鑄態組織,具有較為明顯的樹枝狀形態;試驗鋼經950 ℃固溶處理.由于加熱溫度較低,奧氏體沒有發生太大變化,仍有樹枝態存在.這主要是γ相分布不均所致;當固溶溫度提高至1 050℃時,γ相彌散且較均勻分布,而固溶溫度繼續提高至1 150℃時,相的形態和分布與1 050℃時的差別不大。1 150℃固溶處理后在1 040℃又保溫一段時間,其目的一方面是防止結構復雜、壁厚不均的鑄件(如葉輪)淬火開裂;另一方面是使γ相進一步均勻化。

                              采用電子探針對各相中的合金元素進行定量分析表明,Ni, Cu, Mn富集在γ相中;Mo,Cr富集于α相中。

                          3試驗鋼的均勻腐蝕性能

                              試驗鋼的腐蝕試驗數據見表3,所列數據為三塊試樣的平均值。耐腐蝕性能等級按五級標準評定。

                              由表3可見,鑄造雙相鋼的耐均勻腐蝕性能(在40%,60℃條件下)遠高于生產上通用的耐酸性能優良的K合金,其腐蝕速率可降低一個數量級.試驗結果還表明,適當熱處理還有提高耐蝕性的效果,1050℃固溶處理時其均勻腐蝕速率最低,1150℃固溶處理的耐蝕性亦很好,這主要是Y相適量且均勻彌散分布的結果。

                          4試驗鋼的晶間腐蝕

                              本試驗采用GB 1223-75《不銹鋼管晶間腐蝕試驗方法》中的“T”法。經敏化處理的試樣放入溶液后加熱至沸騰,時間為24 h,然后將試樣清洗、烘干、稱量,計算其晶間腐蝕速率。

                              試驗鋼未發生明顯的晶間腐蝕現象,只在γ相上出現一些授蝕坑。在不同的熱處理條件下,試驗鋼晶間腐蝕速度差別不大,而K合金的耐晶間腐蝕性能遠低于低鎳雙相鋼的.由表4晶間腐蝕速率數據可知,有近兩個數量級之差.但在金相顯傲鏡下觀察,僅有些短小的腐蝕溝與坑,并沒形成對晶粒的全部包圍,說明K合金也具有一定的抗晶間腐蝕能力,而雙相鋼抗晶間腐蝕性能更為優異,特別是該鋼經1 050℃固溶處理后的敏化試樣,了相適童、細小且彌散均勻分布,耐蝕性最好,1 150℃時次之.由于存在適量的奧氏體〔成為雙相鋼),這對提高其抗晶間腐蝕能力是十分有利的。因為在鐵素體基體上存在適量奧氏體時,增加了晶界和相界面積,因而可降低單位面積上的碳化物沉淀量;此外,小塊奧氏體的存在.可以減少在鐵素體晶界形成連續的晶界沉淀物.從腐蝕觀點看,主要影響因素是奧氏體在基體內均勻分布.因此,鑄造雙相不銹鋼管由于第二相的均勻分布,防止了晶界碳化物成為連續的網狀,這是雙相鋼具有優良的耐晶間腐蝕性能的主要原因。而K合金為全奧氏體不銹鋼管,經敏化處理后可在奧氏體晶界析出連續的碳化物,且含Ni量高,對奧氏體固溶碳不利,也易析出碳化物。此外,Cr在奧氏體內擴散比在鐵素體內慢,使奧氏體內易形成貧Cr區,故其抗晶間腐蝕性能較雙相鋼差。

                          5試驗鋼的點蝕性能

                              由于試驗鋼為鑄造雙相不銹鋼管,故合金元素在α相和γ相中的分布有很大不同.電子探針定量分析表明,Cr和Mo富集于α相中。而Cr和Mo均是有效的抗點蝕元素,因此,在具有鐵素體和奧氏體兩相混合組織中,鐵素體對奧氏體有電化學保護作用,所以經1 050℃固溶處理的雙相鋼其有較好的抗點蝕性能,950℃固溶處理溫度低,除γ相不均勻分布外,還由于晶界吸附的不均勻性和結構的不均勻性,致使其點蝕趨勢增大。K合金雖然沒有明顯的選擇性腐蝕,但其抗點蝕元素Mo含量低于雙相鋼的,故其抗點蝕性能不如雙相鋼好,但仍有較高的抗點蝕能力。

                          6結論

                              (1)含有α和γ2相的鑄造不銹鋼管隨著固溶熱處理溫度的提高和保溫時間的延長,了相趨于彌散均勻分布;

                              (2)合適的熱處理工藝為1 050 ℃X 2 h水冷的固溶處理,此時雙相鋼中γ相適量(約30%)且均勻分布,使鋼具有較好的耐均勻腐蝕、晶間腐蝕和點蝕性能;

                              (3)該雙相鋼比K合金的耐均勻腐蝕、晶間腐蝕與抗點蝕性能均為優異。而且成本低。因此,低鎳鑄造雙相不銹鋼管是一類很有發展前途的鋼種。

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