310S不锈钢

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微合金元素对310S不锈钢管抗氧化耐高温腐蚀性能影响有哪些

来源:至德钢业 日期:2020-11-30 02:26:51 人气:297

 合金化的物理本质是通过元素的固溶和固态反应,影响组织和微结构,从而在不锈钢中获得期望的性能。而微合金化是指这些元素在钢中的含量很低,通常低于0.1%。但不同于不需要的残余元素,而是有目的加入,以改善钢材的性能。有效和合理地使用微合金化元素,可以通过形变热处理来提高钢的强度和韧性。了解这些微合金化元素的基本行为,如溶解性、碳氮化物的沉淀析出等行为是非常重要的。310S不锈钢管中实际可利用的微合金元素主要为铌、钒、钛、锆等。、钨等微合金元素在310S不锈钢管中的存在形式主要有两种:固溶和化合物。其中,化合物又分为两种,一种是尺寸较大的未溶化合物,对细化晶粒作用不大;另一种是高温下抑制再结晶并阻止晶粒长大,低温时起弥散强化作用的,在加工过程中和冷却过程中弥散析出的细小化合物。


 固溶态的微合金元素会以置换晶格某个铁原子的位置的形式造成晶格畸变,从而起到溶质拖曳作用。拖曳作用是指在钢中固溶的微合金元素阻止所有的扩散控制过程。这种推迟作用随着这些元素的原子尺寸和铁原子尺寸之间的差别增大而越来越强烈。微合金元素原子易在位错线上偏聚,对位错攀移产生拖曳作用,使再结晶形核受到限制,延迟再结晶晶粒长大。的拖曳作用高于,其作用是与铁原子尺寸相差较小的锰、镍、铬等阻碍再结晶作用的几十倍或甚至上百倍。


 化合态的微合金元素可以起到钉扎晶界,阻碍位错运动的作用。晶界运动的驱动力大于杂质粒子对晶界的拖曳力时,晶界可迅速挣脱杂质粒子而迁移。相反,晶界运动的驱动力较小情况下,晶界运动则完全受杂质粒子扩散速率的控制。当运动着的晶界遇到第二相质点时,质点对晶界施加一个阻力,即产生一个反面的阻力,称之为钉扎力。


 在310S不锈钢管中,微合金元素会形成氧化物、硫化物、碳化物和氮化物。表现出强烈的形成碳氮化物的倾向,但却呈现出相对小的形成氧化物、硫化物或物的倾向。在这点上钒与铌类似,但对于,在所有的氧、氮和硫被完全消耗完以前,不会形成碳化物。一般认为,的氮化物和碳化物都是面心立方(FCC),晶格常数相差很小,彼此可以互溶。因此,碳、氮化物一般以复合形态存在。奥氏体基体的晶体缺陷处通常是微合金化合物最容易析出的地方。晶界,堆垛层错,亚晶界,位错/位错墙,变形带等均容易出现碳氮化物的析出。当这些碳氮化物在晶界或亚晶界上析出时,它们会对晶界和亚晶界的运动起到很好的钉扎阻碍作用,进而有效地防止晶粒粗化,且细晶效果比基体中弥散分布的碳氮化物更好。但是,这些碳氮化物比晶粒内弥散分布的碳氮化物更容易发生聚集长大,对于材料的微观结构演化有十分大的影响,进而对提高钢材韧性、塑性有非常大的损害。


 析出引起的强度增量主要取决于析出物的数量和粒子尺寸两个因素。直径1~2nm的析出物对析出强化是非常有效的质点。析出物与铁原子(0.28nm)之间的晶格常数差别越大,在碳氮化物析出质点周围产生的应力场也越来越大,也就是析出强化效果越大。除了未被溶解的质点,如TiN,可能有1微米那么大,在热加工或热处理时在奥氏体中形成的析出物更粗大到直径约几十纳米,对析出强化的作用有限,其主要作用是细化显微组织。


 每种元素和每种化合物的溶解度和物理性能的不同,也就存在特性的差别,从而造成每种元素具有各自的特点。在Ti-Nb微合金化奥氏体310S不锈钢管中,高温处理时,TiN会最先析出。当加热温度稍低时,Nb(C,N)会优先析出。在实际情况中,高温下,奥氏体不锈钢管中主要析出物是以上两者的复合物,即(Ti,Nb)(C,N)。TiN通常在奥氏体中不发生溶解,因而可以再加热过程抑制奥氏体晶粒长大。例如在焊接过程中,组织中不溶的TiN会阻碍奥氏体晶粒的长大。310S不锈钢管中的(Ti,Nb)(C,N)析出物通常具有包心特征。高温加热中形成的、铌碳氮化物会成为较低温度的析出相的析出核心。如Nb(C,N)会优先在高温块状TiN附近形核产生;更低温度下,M23C6会沿着TiN和(Ti,Nb)(C,N)聚集长大。


 钨元素的碳化物形成倾向较强,和钼一样,形成的碳化物在回火时阻碍软化。钨还可以提高310S不锈钢管的蠕变强度。其对钢的淬透性、回火稳定性、力学性能及热强性的影响均与钼相似。锆是强碳化物形成元素,它在钢中的作用与铌、钽相似。加入少量有脱气、净化和细化晶粒的作用。它和硫能化合成硫化锆,因此能防止钢的热脆性。此外,元素的热中字吸收截面很小,不易被腐蚀,从而在核燃料包壳和结构材料中被广泛使用。



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