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          310S不銹鋼

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          微合金元素對310S不銹鋼管抗氧化耐高溫腐蝕性能影響有哪些

          來源:至德鋼業 日期:2020-11-30 02:26:51 人氣:758

           合金化的物理本質是通過元素的固溶和固態反應,影響組織和微結構,從而在不銹鋼中獲得期望的性能。而微合金化是指這些元素在鋼中的含量很低,通常低于0.1%。但不同于不需要的殘余元素,而是有目的加入,以改善鋼材的性能。有效和合理地使用微合金化元素,可以通過形變熱處理來提高鋼的強度和韌性。了解這些微合金化元素的基本行為,如溶解性、碳氮化物的沉淀析出等行為是非常重要的。310S不銹鋼管中實際可利用的微合金元素主要為鈮、釩、鈦、鋯等。、、、鎢等微合金元素在310S不銹鋼管中的存在形式主要有兩種:固溶和化合物。其中,化合物又分為兩種,一種是尺寸較大的未溶化合物,對細化晶粒作用不大;另一種是高溫下抑制再結晶并阻止晶粒長大,低溫時起彌散強化作用的,在加工過程中和冷卻過程中彌散析出的細小化合物。


           固溶態的微合金元素會以置換晶格某個鐵原子的位置的形式造成晶格畸變,從而起到溶質拖曳作用。拖曳作用是指在鋼中固溶的微合金元素阻止所有的擴散控制過程。這種推遲作用隨著這些元素的原子尺寸和鐵原子尺寸之間的差別增大而越來越強烈。微合金元素原子易在位錯線上偏聚,對位錯攀移產生拖曳作用,使再結晶形核受到限制,延遲再結晶晶粒長大。的拖曳作用高于,其作用是與鐵原子尺寸相差較小的錳、鎳、鉻等阻礙再結晶作用的幾十倍或甚至上百倍。


           化合態的微合金元素可以起到釘扎晶界,阻礙位錯運動的作用。晶界運動的驅動力大于雜質粒子對晶界的拖曳力時,晶界可迅速掙脫雜質粒子而遷移。相反,晶界運動的驅動力較小情況下,晶界運動則完全受雜質粒子擴散速率的控制。當運動著的晶界遇到第二相質點時,質點對晶界施加一個阻力,即產生一個反面的阻力,稱之為釘扎力。


           在310S不銹鋼管中,微合金元素會形成氧化物、硫化物、碳化物和氮化物。表現出強烈的形成碳氮化物的傾向,但卻呈現出相對小的形成氧化物、硫化物或物的傾向。在這點上釩與鈮類似,但對于,在所有的氧、氮和硫被完全消耗完以前,不會形成碳化物。一般認為,、、的氮化物和碳化物都是面心立方(FCC),晶格常數相差很小,彼此可以互溶。因此,碳、氮化物一般以復合形態存在。奧氏體基體的晶體缺陷處通常是微合金化合物最容易析出的地方。晶界,堆垛層錯,亞晶界,位錯/位錯墻,變形帶等均容易出現碳氮化物的析出。當這些碳氮化物在晶界或亞晶界上析出時,它們會對晶界和亞晶界的運動起到很好的釘扎阻礙作用,進而有效地防止晶粒粗化,且細晶效果比基體中彌散分布的碳氮化物更好。但是,這些碳氮化物比晶粒內彌散分布的碳氮化物更容易發生聚集長大,對于材料的微觀結構演化有十分大的影響,進而對提高鋼材韌性、塑性有非常大的損害。


           析出引起的強度增量主要取決于析出物的數量和粒子尺寸兩個因素。直徑1~2nm的析出物對析出強化是非常有效的質點。析出物與鐵原子(0.28nm)之間的晶格常數差別越大,在碳氮化物析出質點周圍產生的應力場也越來越大,也就是析出強化效果越大。除了未被溶解的質點,如TiN,可能有1微米那么大,在熱加工或熱處理時在奧氏體中形成的析出物更粗大到直徑約幾十納米,對析出強化的作用有限,其主要作用是細化顯微組織。


           每種元素和每種化合物的溶解度和物理性能的不同,也就存在特性的差別,從而造成每種元素具有各自的特點。在Ti-Nb微合金化奧氏體310S不銹鋼管中,高溫處理時,TiN會最先析出。當加熱溫度稍低時,Nb(C,N)會優先析出。在實際情況中,高溫下,奧氏體不銹鋼管中主要析出物是以上兩者的復合物,即(Ti,Nb)(C,N)。TiN通常在奧氏體中不發生溶解,因而可以再加熱過程抑制奧氏體晶粒長大。例如在焊接過程中,組織中不溶的TiN會阻礙奧氏體晶粒的長大。310S不銹鋼管中的(Ti,Nb)(C,N)析出物通常具有包心特征。高溫加熱中形成的、鈮碳氮化物會成為較低溫度的析出相的析出核心。如Nb(C,N)會優先在高溫塊狀TiN附近形核產生;更低溫度下,M23C6會沿著TiN和(Ti,Nb)(C,N)聚集長大。


           鎢元素的碳化物形成傾向較強,和鉬一樣,形成的碳化物在回火時阻礙軟化。鎢還可以提高310S不銹鋼管的蠕變強度。其對鋼的淬透性、回火穩定性、力學性能及熱強性的影響均與鉬相似。鋯是強碳化物形成元素,它在鋼中的作用與鈮、鉭、相似。加入少量有脫氣、凈化和細化晶粒的作用。它和硫能化合成硫化鋯,因此能防止鋼的熱脆性。此外,元素的熱中字吸收截面很小,不易被腐蝕,從而在核燃料包殼和結構材料中被廣泛使用。



          本文標簽:310S不銹鋼管 

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