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        2205雙相不銹鋼在不同熱處理狀態(tài)下的析出相變化

        2017-06-06 09:36:50杜海
        商情 2017年16期
        關(guān)鍵詞:雙相鐵素體時(shí)效

        杜海

        【摘要】在300℃-1100℃的影響區(qū)域中,因?yàn)楹附舆^(guò)程和熱處理的不同,雙相不銹鋼會(huì)析出σ相和x相等金屬間相,同時(shí)還有M23C6和Cr2N等析出相。溫度范圍和冷卻速度對(duì)這種析出范圍造成了影響,同時(shí)合金元素含量也受到影響。

        【關(guān)鍵詞】2205雙相不銹鋼 熱處理 析出相

        和奧氏體不銹鋼相比,雙相不銹鋼在抗氯化物方面具有很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì),因此被廣泛應(yīng)用在化工和石油領(lǐng)域中。但是,在雙相不銹鋼中含有合金成分較高的Mo和Cr,一旦在使用和制造中處理不恰當(dāng),就會(huì)有氯化物和金屬間化合物析出,對(duì)機(jī)械的耐腐腐蝕性產(chǎn)生很大影響,比如σ相和x相等會(huì)讓金屬變得脆弱又堅(jiān)硬,金屬因此會(huì)變得脆化,鋼的韌性和腐蝕性會(huì)降低。材料的力學(xué)性能對(duì)析出相也會(huì)產(chǎn)生影響,比如疲勞性能和高溫蠕變等。研究不同熱狀態(tài)下的雙相不銹鋼的相轉(zhuǎn)變過(guò)程,對(duì)雙相不銹鋼的性能改善具有非常好的作用,同時(shí)對(duì)熱處理制度具有非常好的指導(dǎo)作用。

        1實(shí)驗(yàn)方法

        1.1熱處理制度和實(shí)驗(yàn)材料

        在本次實(shí)驗(yàn)中所選擇的2205雙相不銹鋼的成分如下表1所示,在1050℃下固溶處理所有的實(shí)驗(yàn)試樣,1號(hào)樣品是直接固溶處理后的試樣,2-7號(hào)是在850℃樣品的時(shí)效45分,2小時(shí)、4小時(shí)、6小時(shí)、10小時(shí)和24小時(shí)后的試樣;8-12號(hào)是750℃時(shí)樣品的時(shí)效1小時(shí)、2小時(shí)、5小時(shí),7小時(shí)和24小時(shí)的試樣。

        1.2試劑和儀器

        美國(guó)的273A/10A電化學(xué)綜合分析儀;英國(guó)的Mastersize2000激光粒度儀;美國(guó)的IRIS Intrepid 電感耦合離子發(fā)射光譜儀;日本的RINT2500/PC X射線衍射能譜議。

        1.3實(shí)驗(yàn)過(guò)程

        制備試樣:物理化學(xué)相分析,先將試樣精車(chē)成為Φ10毫米*100毫米的圓棒,如果要繪制極化曲線,切割試樣為Φ10毫米*1毫米的薄片,然后將其磨成鏡面;分析金相和掃描電鏡時(shí),需要將試樣制作成為10毫米*10毫米*5毫米的小塊,待觀察面可以磨為鏡面,使用40克/升的苦味酸乙醇溶液腐蝕后再進(jìn)行分析。

        提取和測(cè)定析出相:參比電極選擇的是帶鹽橋的氯化鉀飽和甘汞電極,電極選擇的是鉑絲,工作電極是圓棒狀的試樣,然后將其連接到儀器的對(duì)應(yīng)導(dǎo)線上。固定好電極后,在冷阱中將整套裝置放入然后進(jìn)行電流電解。在裝有乙醇的燒杯中加入電解結(jié)束后的試樣棒, 然后用親油濾膜將其抽成真空,進(jìn)行過(guò)濾,用乙醇將其洗干凈,然后放在真空中干燥。用X-射線衍射儀分析其結(jié)構(gòu),氮分析可以用氧氮分析儀做,成本分析可以用化學(xué)濕法分析來(lái)進(jìn)行。

        2結(jié)果和討論

        2.1微觀觀察析出相形貌和不同時(shí)效下析出相的百分含量

        在晶間和晶內(nèi)沒(méi)有進(jìn)行時(shí)效處理的試樣不會(huì)有析出相存在,時(shí)效剛開(kāi)始時(shí)析出相存在于晶界間,隨著時(shí)間的延長(zhǎng)和時(shí)效溫度的升高,鐵素體在轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的過(guò)程中會(huì)在其內(nèi)部生成析出相。在奧氏體和鐵素質(zhì)中有著不同含量的合金元素,鉬和鉻富集在鐵素體中,這利于鐵素體相中形核這兩種元素。另外,因?yàn)殍F素體中沒(méi)有很高的晶格原子密度,合金元素在鐵素體中的擴(kuò)散速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于在奧氏體中的擴(kuò)散速度,所以,會(huì)在鐵素體相中發(fā)生組織轉(zhuǎn)變,在奧氏體中并沒(méi)有發(fā)生變化。

        從圖2中得出,在一致的電解情況下,樣品在不同時(shí)效條件下沒(méi)有太大的電解量變化。在需要考察的時(shí)效時(shí)間內(nèi),隨著時(shí)間的增長(zhǎng)析出相的百分含量出現(xiàn)了明顯的上升趨勢(shì)。在相同的電解條件下,試樣棒如果沒(méi)有經(jīng)過(guò)時(shí)效處理,在電解后其失重是0.705克,這和時(shí)效后的試樣沒(méi)有很大的差別,電解殘?jiān)鼛缀鯖](méi)有留下。所以,試樣的析出相是熱處理之后生成的,750℃要比850℃慢,時(shí)效條件相同的情況下,越長(zhǎng)的時(shí)效時(shí)間對(duì)應(yīng)著越高的析出相質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

        2.2析出相在不同熱狀態(tài)下的變化情況

        選取550℃時(shí)效24小時(shí)、650℃時(shí)效2小時(shí)和24小時(shí)的電解提取殘?jiān)?,由此制成XRD圖譜,如下圖3顯示試樣的析出相沒(méi)有很多的種類(lèi),同時(shí)有著不完整的晶形,有的相還處于不穩(wěn)定狀態(tài),析出相通過(guò)電解殘?jiān)梢缘贸?,它占了很小的電解失重比重。從圖3中可以看出,結(jié)果主要是碳化物,也有金屬間化合物和氮化物生成,在600℃以上氮化物和σ、x有著較快的二次相析出,需要在焊接過(guò)程中加以注意。

        3結(jié)論

        在本文中用實(shí)驗(yàn)的方式對(duì)不同熱處理狀態(tài)下雙相不銹鋼的析出相種類(lèi)、含量等進(jìn)行了揭示。立方晶的x相富含Mo金屬間化合物相,它是雙向不銹鋼在700℃-900℃范圍內(nèi)較σ相先生成,x相是亞穩(wěn)態(tài)的。如果將其時(shí)效時(shí)間延長(zhǎng),它的量會(huì)逐漸減少,σ相從無(wú)到有并且逐步增多。2205雙相不銹鋼的析出相一般在晶界分布,隨著時(shí)間的增長(zhǎng)和溫度的升高,在由奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體的過(guò)程中,特素體內(nèi)部也會(huì)生成金屬間相,早600-800℃時(shí)生成以Cr2N為主的氮化物。

        參考文獻(xiàn):

        [1]高娃,羅建民,楊建軍.雙向不銹鋼的研究進(jìn)展及其應(yīng)用[J].兵器材料科學(xué)與工程.2011,(28).

        [2]陸世英.不銹鋼[M].北京:原子能出版社.1995.

        [3]肖紀(jì)美.不銹鋼的金屬學(xué)問(wèn)題(第二版)[M].北京:冶金工業(yè)出版社.2006.

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