高鉬高氮超級奧氏體不銹鋼時效析出行為和耐腐蝕性能研究.pdf

1、高合金超級奧氏體不銹鋼是高品質(zhì)特種不銹鋼發(fā)展的重要方向之一，由于其成分具有高鉻、高鎳、高鉬和高氮等特點(diǎn)，在鹵化物的環(huán)境中具有極高的耐點(diǎn)腐蝕和耐縫隙腐蝕性能，已逐漸成為Ni基合金和鈦合金的代用材料。然而，鋼中高的Cr和Mo含量易使鋼在高溫狀態(tài)下析出二次金屬間相，進(jìn)而影響鋼的生產(chǎn)、使用和降低鋼的壽命。因此，研究超級奧氏體不銹鋼在時效過程中的析出行為，不同時效處理制度下的鋼的耐腐蝕性能以及時效析出和鋼耐腐蝕性能的關(guān)系，可以為鋼的熱處理和軋制等

2、熱加工成型過程的控制和超級奧氏體不銹鋼的應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。
　　本論文利用500 kg真空感應(yīng)爐冶煉了Fe-23.4Cr-21.8Ni-7.5Mo-0.42N高鉬高氮超級奧氏體不銹鋼。利用Thermo-Calc熱力學(xué)軟件、金相顯微鏡(OM)、掃描電鏡(SEM)、X射線衍射儀(XRD)和透射電鏡(TEM)結(jié)合二次相析出相變理論系統(tǒng)的研究了高鉬高氮超級奧氏體不銹鋼的時效析出行為。利用陽極極化曲線法評價了高鋁高氮超級奧氏體不銹鋼在不同溶

3、液體系的腐蝕性能，利用電化學(xué)動電位再活化(EPR)方法結(jié)合激光共聚焦顯微鏡研究了時效時間對高鉬高氮超級奧氏體不銹鋼耐晶間腐蝕性能的影響規(guī)律，建立了時效析出和鋼耐腐蝕性能的關(guān)系。
　　Thermo-Calc熱力學(xué)計算結(jié)果表明，鋼在高溫時形成的析出相為σ相，Laves相，氮化物（hcp相）以及M23C6，主要的析出相為σ相，M23C6的含量很少，σ相，Laves相以及氮化物的最高析出溫度分別約為1170℃，800℃和1200℃。C和N

4、元素抑制了σ相的析出，Cr和Mo元素促進(jìn)了σ相和Laves相的析出。同時，析出相的體積分?jǐn)?shù)隨溫度的提高逐漸降低。
　　利用OM、SEM和XRD結(jié)合鋼的合金相圖確定了高鉬高氮超級奧氏體不銹鋼的固溶處理制度為1170℃保溫60 min后水冷，以保證二次相完全固溶到奧氏體基體當(dāng)中，同時避免了晶粒的明顯粗化。利用定量金相的方法，繪制了以4％和7％時效析出體積含量為初始點(diǎn)的析出動力學(xué)(TTP)曲線，曲線均呈“C”型，最快析出溫度（“鼻尖”溫

5、度）約為1000℃，4％和7％時效析出體積含量對應(yīng)的孕育期分別為120s和600s。
　　在1000℃時，隨著時效時間的延長，高鉬高氮超級奧氏體不銹鋼析出相的體積分?jǐn)?shù)（析出量）不斷增加，析出量的增加速率逐漸降低。析出相優(yōu)先偏聚于晶界，并隨著時效時間的延長逐漸沿晶界連成網(wǎng)狀，在時效處理20 min的時候，晶內(nèi)開始出現(xiàn)了針棒狀的析出相，隨后晶內(nèi)析出相開始逐漸增多，已形核的析出相不斷長大，直至?xí)r效處理5h時，析出相已經(jīng)布滿整個視場。晶界

6、上出現(xiàn)的析出相為橢球狀，晶內(nèi)析出相主要為針棒狀，析出相主要為富Cr和富Mo的金屬間相。通過TEM分析，1000℃時鋼中出現(xiàn)的析出相為σ相、x相和M23C6。高鉬高氮超級奧氏體不銹鋼晶界上析出為非均勻形核，形核率迅速衰減為零，其長大速率反比于時間的二分之一次方。高鉬高氮超級奧氏體不銹鋼在600～1000℃范圍內(nèi)時效時，隨著時效溫度的提高，析出量逐漸增加。而時效溫度提高到1050℃時，析出量明顯變少，表明此時析出相的溶解速率發(fā)生了顯著的提高

7、。
　　利用陽極極化曲線方法測定了固溶態(tài)高鉬高氮超級奧氏體不銹鋼與316L不銹鋼在3.5％NaCl溶液、1 mol/L NaCl+1 mol/L H2SO4溶液以及死亡綠液中的耐點(diǎn)蝕性能。固溶態(tài)高鉬高氮超級奧氏體不銹鋼較316L具有更長的鈍化區(qū)，且在三種溶液中均有明顯的再鈍化現(xiàn)象，其點(diǎn)蝕電位均在0.95 V以上，遠(yuǎn)高于316L的點(diǎn)蝕電位，表明其耐點(diǎn)腐蝕性能遠(yuǎn)優(yōu)于316L不銹鋼。同時高鉬高氮超級奧氏體不銹鋼的點(diǎn)蝕當(dāng)量指數(shù)（PREN）

8、也遠(yuǎn)高于316L不銹鋼。
　　隨著時效時間的延長，EPR方法測定的高鉬高氮超級奧氏體不銹鋼的再活化率Ir/Ia和Qr/Qa都逐漸增大，表明鋼晶間腐蝕敏感性增強(qiáng)，耐晶間腐蝕性能變差。這是由于高鉬高氮超級奧氏體不銹鋼在時效過程中形成了3種二次相，分別為σ相、x相和M23C6，主要為σ相。這些二次相都富含Cr和Mo元素，同時優(yōu)先的在晶界形成，使得晶界附近區(qū)域的Cr和Mo元素不斷擴(kuò)散至晶界以滿足二次相的形核與長大，進(jìn)而造成晶界附近的區(qū)域貧