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Fe-Cr-Ni奧氏體不銹鋼的成分設(shè)計

來源:不銹鋼管編輯 發(fā)布時間:2020-05-21 次瀏覽

合金成分的設(shè)計理念

在保證奧體組織完全均勻的條件下,提高焊接熱影響區(qū)粗晶區(qū)不銹鋼的性能是開發(fā)新型鐵鉻鎳奧不銹鋼的主要思路。合金設(shè)計需要考慮以下方面:

(1)組織合理。完整的奧結(jié)構(gòu)是保持奧不銹鋼特性的保證。為保證不銹鋼在生產(chǎn)和使用中為奧結(jié)構(gòu),應(yīng)加入適量的鎳、錳、氮等奧形成和穩(wěn)定元素。

(2)機械性能。固溶強化和沉淀強化是提高不銹鋼焊接合金元素力學(xué)性能的常用方法,固溶強化效果主要包括鎢、鉬等元素,鋁、鈮等元素能有效形成細(xì)小彌散的沉淀相。顆粒強化理論是合金設(shè)計中常用的基本原理。根據(jù)顆粒強化理論,合金的強度與第二相顆粒的平均間距或f/r成反比,其中f是顆粒的體積分?jǐn)?shù),r是顆粒的半徑。因此,在設(shè)計強化沉淀相時(如MC等。),應(yīng)盡可能實現(xiàn)最小的尺寸或間距。因此,必須增加成核驅(qū)動力和過飽和度,以獲得高成核速率和高顆粒密度,并確保合金的更高強度。

(3)合理成本。在鐵-鉻-鎳基礎(chǔ)上添加一定量的鋁和鈮,可以抑不銹鋼焊管廠家制熱影響區(qū)粗晶區(qū)焊接區(qū)奧氏體晶晶粒的長大,有效提高粗晶區(qū)的力學(xué)性能,可以替代部分高成本鋼種,從而降低儲罐制造成本。

此外,熱力學(xué)作為理解金屬微觀結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ),可以給出各種平衡的數(shù)據(jù)。熱力學(xué)計算已成為合金設(shè)計中常用的輔助方法。通過熱力學(xué)計算,你可以得到一個總的平衡相圖來確定合金中各相的轉(zhuǎn)變溫度以及合金元素對相組成和相變溫度的影響。

合金元素的影響

310S鋼是鐵鉻鎳基奧氏體不銹鋼中的代表鋼。其主要合金元素有碳、氮、硅、錳、鉻、鎳、鋁、鈮等。根據(jù)不銹鋼中各元素的作用,可分為奧體穩(wěn)定元素、耐腐蝕元素和沉淀強化元素。

奧體中的穩(wěn)定元素鎳和錳

鎳是典型的形成和穩(wěn)定元素。傳統(tǒng)的鉻鎳不銹鋼含鎳量高,使在有所擴展,304不銹鋼焊管而且,鎳可以提高不銹鋼表面膜的穩(wěn)定性,從而提高不銹鋼的耐蝕性。

錳在奧氏體相區(qū)約占鎳的1/2。一般來說,錳能降低鋼的臨界淬火速度,提高奧體在冷卻過程中的穩(wěn)定性。高溫形成的奧體可以保持在常溫。此外,錳不利于奧不銹鋼的抗點蝕性能。

耐腐蝕元素鉻、硅

鉻在奧不銹鋼中的主要作用是提高耐腐蝕性和耐高溫性。在一定范圍內(nèi),不銹鋼的耐蝕性隨著鉻含量的增加而增加。然而,鉻以均勻的速度形成鐵素體。在熔化和焊接過程中,過量的鉻會導(dǎo)致-鐵素體的形成,并且不能獲得全部的微觀結(jié)構(gòu)。此外,一些鉻沉淀也會導(dǎo)致晶界附近形成貧鉻區(qū),從而增加不銹鋼對晶間腐蝕的敏感性。

硅元素對提高奧不銹鋼的耐高溫性能有顯著作用。硅具有高活性,可以降低不銹鋼的氧化速率。然而,硅是鐵素體形成元素,鐵素體的形成趨勢隨著硅含量的增加而增加。

強化元素碳、氮、鋁、鈮的沉淀

元素碳和氮很容易與元素鋁和鈮結(jié)合,形成多晶碳化物或MX相。這些細(xì)小的沉淀相是在奧體的基礎(chǔ)上分散和分布的,起到了牽制作用

鋁元素常被用作鋼中的脫氧劑。它具有細(xì)化晶粒的作用,還能提高鋼的抗氧化性,改善鋼的電磁性能。然而,鋁含量不應(yīng)太高。當(dāng)鋁含量過高時,鋼的韌性很容易降低[28]。鋁有時作為沉淀元素存在。鋁容易與氮元素結(jié)合形成氮化鋁相,能釘扎晶界,抑制奧氏體晶晶粒[29,30的生長。鑒于市場上鋁的價格相對較低,在310S鋼中加入鋁元素以降低焊接粗晶區(qū), 熱影響區(qū)的奧氏體晶晶粒度是合適的

鈮是對碳、氮親和力最強的元素,適量的鈮元素可與碳、氮元素結(jié)合生成MX相,細(xì)化奧不銹鋼晶粒,提高抗晶間腐蝕能力。然而,過量的Nb元素容易導(dǎo)致鋼的韌性減弱,并且還導(dǎo)致鋼的熔點大大降低。