国产精品91久久久久久-亚洲国产精久久久久久久av-97久久人国产精品婷婷-99久久精品国产一区二区桃色

menu

雙相不銹鋼

您的當(dāng)前位置:網(wǎng)站首頁 > 雙相不銹鋼 > 鋁元素對(duì)310S不銹鋼管高溫拉伸性能的影響分析

鋁元素對(duì)310S不銹鋼管高溫拉伸性能的影響分析

來源:至德鋼業(yè) 日期:2020-12-14 14:25:12 人氣:1661

  浙江至德鋼業(yè)有限公司通過壓力機(jī)和手動(dòng)軋制機(jī)對(duì)非自耗真空電弧爐熔煉制備的鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0%、2%、4%的310S不銹鋼管在950~1250℃進(jìn)行開坯軋制,研究不同鋁含量的310S不銹鋼管在800℃下的高溫拉伸性能,用SEM觀察拉伸斷口。結(jié)果表明:不含鋁和鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的合金,它們的高溫抗拉強(qiáng)度均為210MPa左右,但當(dāng)鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加到4%時(shí),合金的熱強(qiáng)性顯著提高。3種合金拉伸斷面均可以看到大小明顯不同的顯微韌窩,合金在斷裂前經(jīng)歷了比較大的塑性變形,所以均為韌性沿晶斷裂。隨鋁含量的增加,合金斷口中的顯微韌窩所占的比例隨之增加。


  310S不銹鋼管是鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%,鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的高鉻-鎳奧氏體耐熱不銹鋼管,是具有比較好的應(yīng)用前景的耐熱不銹鋼管。在高溫氧化環(huán)境中具有良好的高溫力學(xué)性能,同時(shí)具有優(yōu)良的耐蝕性,因此常用于爐管材料、石油化工、化肥廠轉(zhuǎn)化爐。高溫合金的強(qiáng)化方式有奧氏體的固溶強(qiáng)化、晶界強(qiáng)化以及第二相強(qiáng)化。在鐵-鉻-鎳合金中加鋁、鈦、鈮、鉭等元素,引起晶格點(diǎn)陣的畸變,增強(qiáng)了固溶體原子鍵引力,也能夠提高再結(jié)晶溫度和延緩再結(jié)晶過程的進(jìn)行。從而提高合金的高溫性能,在鎳基高溫合金中已得到大量應(yīng)用。鋁與鐵、鎳發(fā)生反應(yīng)形成熱力學(xué)穩(wěn)定而且有序的金屬間化合物,能夠阻止位錯(cuò)的滑移和攀移。并且由于鍵的結(jié)合力比較強(qiáng)以及原子排列復(fù)雜,使得該合金具有低自擴(kuò)散系數(shù),能獲得比較高的變形抗力,從而具有比較高的高溫強(qiáng)度。加入這些微量元素吸附在晶界附近造成局部合金化,改善晶界性質(zhì),減緩了合金元素沿晶界擴(kuò)散的過程,阻止了晶界上碳化物相和空穴的凝聚和長(zhǎng)大,強(qiáng)化了晶界。


  奧氏體耐熱不銹鋼管的抗氧化性與其表面生成的氧化膜有很大的關(guān)系。奧氏體耐熱不銹鋼管中加入適量鋁元素,使鋼表面氧化膜的組成以三氧化二鉻為主向三氧化二鋁轉(zhuǎn)變。對(duì)鐵-鉻-鎳-鋁金的研究表明,三氧化二鋁膜穩(wěn)定性好、結(jié)合能力強(qiáng)、致密性好、耐高溫、生長(zhǎng)緩慢。在高溫和腐蝕性環(huán)境下,對(duì)材料本身具有長(zhǎng)時(shí)間的保護(hù)作用,從而大大改善了合金的抗氧化性。為了獲得足夠的鋁的氧化膜,必須有足夠的鋁加入,而且隨著溫度的升高、使用時(shí)間的延長(zhǎng)以及環(huán)境的影響(如水蒸氣氛圍的變化、加載力的增大等),鋁的加入量也要求相應(yīng)增加。對(duì)于不同的使用材料,要根據(jù)其使用環(huán)境和使用壽命加入適量的元素。前期本課題組研究了鋁元素對(duì)鑄態(tài)310S不銹鋼管的壓縮性能和熱軋態(tài)組織的影響及其作用機(jī)制和高溫抗氧化性能的影響。


  浙江至德鋼業(yè)有限公司研究了不同鋁含量的310S不銹鋼管的高溫拉伸性能,揭示鋁元素對(duì)高溫拉伸性能的影響規(guī)律及作用機(jī)制,為含鋁的310S不銹鋼管的研究和制備提供理論依據(jù)。


一、試驗(yàn)過程


  按表設(shè)計(jì)的成分稱取各種元素的粉末。放入行星式球磨機(jī)中進(jìn)行混合,用三氧化二鋁陶瓷球作為球磨介質(zhì),球磨機(jī)轉(zhuǎn)速在每分鐘150轉(zhuǎn)左右,混合8小時(shí)。把混合均勻以后的粉末在鋼模中用壓力機(jī)壓成20mm×50mm圓柱,熔煉電流為250A,用氬氣氣氛對(duì)爐內(nèi)樣品進(jìn)行保護(hù),將壓成的圓柱放在非自耗真空電弧中進(jìn)行熔煉。熔煉的鋼液在用水冷卻的銅坩堝中保溫2分鐘以后立即關(guān)閉電弧,在銅模中凝固,合金重熔4~6次,經(jīng)過幾次重熔以后,使其組織的致密和元素分布均勻。


  將熔煉好的合金塊狀固體打磨掉表面氧化皮、缺陷。在爐中的保溫時(shí)間為30~40分鐘,用千斤頂配套特制夾具進(jìn)行熱壓開坯,開坯溫度為1200℃,開坯壓力為60~80 MPa,進(jìn)行8~10道次的熱壓開坯,開坯變形量約為60%。


  開坯以后的試樣用線切割加工成30mm×30mm×4mm的塊狀材料,采用手動(dòng)軋制機(jī)進(jìn)行高溫軋制;試樣軋制溫度為1200℃,爐內(nèi)保溫時(shí)間5分鐘,軋制道次16~20道次,軋制以后總的變形量約為40%,也就是厚度為3mm的板材試樣。在軋制結(jié)束以后,各合金在400℃下保溫2小時(shí),去應(yīng)力退火,目的是為消除試樣開坯和軋制過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。利用電子探針對(duì)3號(hào)合金各元素進(jìn)行分析,結(jié)果如表所示。1號(hào)和2號(hào)合金除了鋁元素的含量不同,其他元素的含量不變。


 參照《金屬材料高溫拉伸試驗(yàn)》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求,將不同鋁含量的310S不銹鋼管加工成圖所示的高溫拉伸試樣。用島津試驗(yàn)機(jī)做高溫拉伸試驗(yàn),最大載荷100KN,拉伸速度0.3mm/min,拉伸溫度800℃。每個(gè)參數(shù)的合金進(jìn)行3次拉伸測(cè)試,根據(jù)載荷-位移曲線計(jì)算出相應(yīng)的應(yīng)力和應(yīng)變值,求其平均值,得出應(yīng)力-應(yīng)變(σ-ε)曲線。根據(jù)繪制出的σ-ε曲線,確定出每種合金成分的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度以及伸長(zhǎng)率。利用掃描電子顯微鏡對(duì)各斷口的形貌進(jìn)行觀察。


二、試驗(yàn)結(jié)果


  1. 高溫拉伸性能


  圖為不同鋁含量的310S不銹鋼管在800℃時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線??梢钥闯?,各合金均具有良好的塑性變形特征。不含鋁和鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的合金的高溫強(qiáng)度明顯低于鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的合金,而伸長(zhǎng)率大大高于后者。


  圖為不同鋁含量的310S不銹鋼管在800℃下的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。不含鋁和鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的310S不銹鋼管在800℃下的屈服強(qiáng)度相近,分別為163和162MPa。當(dāng)鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加到4%時(shí),合金的高溫屈服強(qiáng)度顯著提高,為229MPa。不含鋁和鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的310S不銹鋼管在800℃下的抗拉強(qiáng)度基本不變,分別為213和210 MPa。當(dāng)鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加到4%時(shí),合金的抗拉強(qiáng)度增加,為273MPa。由此可以看出,鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于2%時(shí),對(duì)合金的高溫強(qiáng)度影響不大,隨著鋁含量的繼續(xù)增加,合金的高溫強(qiáng)度顯著提高。


  圖為不同鋁含量的310S不銹鋼管在800℃下的伸長(zhǎng)率。隨著鋁含量的增加,合金的伸長(zhǎng)率先升高后降低,鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%時(shí)具有最大的伸長(zhǎng)率,為35%。不含鋁和鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的合金,其伸長(zhǎng)率分別為28.2%和25.5%。上述結(jié)果表明,鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%能夠使310S不銹鋼管的高溫塑性提高,但是不利于高溫抗蠕變性能,而鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%有利于高溫抗蠕變性能的提高。


 2. 高溫拉伸斷口的形貌觀察


 圖為不同鋁含量的310S不銹鋼管800℃拉伸后的斷口形貌??梢钥闯?,3種合金的晶界上均可以看到明顯的顯微韌窩,且合金在斷裂前經(jīng)歷了較大的塑性變形,3種合金的高溫?cái)嗔逊绞骄鶠檠鼐ыg性斷裂。


三、討論


 鋁元素加入以后,在鑄態(tài)下,鋁原子固溶在其奧氏體基體中?;w上只有少量的三碳化七鉻的析出物,并沒有發(fā)生鋁元素的富集現(xiàn)象,從而可以看出在鑄態(tài)時(shí)沒有形成三碳化四鋁的析出物。當(dāng)把試件進(jìn)行高溫下開坯、軋制以后,晶格發(fā)生嚴(yán)重畸變,鋁原子在奧氏體基體中的溶解度隨之降低,多余的鋁原子從基體中析出來。由于310S不銹鋼管中鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%左右,相對(duì)較低,鋁原子容易與碳原子結(jié)合,沒有形成(鐵,鎳)鋁金屬間化合物,而是以富鋁的顆粒狀三碳化四鋁相析出。以前的研究表明,鋁元素的含量越高,富集現(xiàn)象越嚴(yán)重。由于形成了三碳化四鋁的析出物,從而大大降低了形成析出物三碳化七鉻可支配的碳原子個(gè)數(shù)。從顯微組織中,可以看到3種合金的組織致密,元素分布均勻。


本文標(biāo)簽:310S不銹鋼管 

發(fā)表評(píng)論:

◎歡迎參與討論,請(qǐng)?jiān)谶@里發(fā)表您的看法、交流您的觀點(diǎn)。

北京 天津 河北 山西 內(nèi)蒙 遼寧 吉林 黑龍江 上海 江蘇 浙江 安徽 福建 江西 山東 河南 湖北 湖南 廣東 廣西 海南 重慶 四川 貴州 云南 西藏 陜西 甘肅 青海 寧夏 新疆 臺(tái)灣 香港 澳門