中华不锈钢网近日报道:酸洗和固溶处理对不锈钢抗点蚀性能的影响研究发现,铁素体――奥氏体双相不锈钢是一种良好耐腐蚀高强度结构材料,内生产应用日益广泛。自从935年法国Hochomann取得a-7双相不锈钢专利以来,它的脆性问题一直困扰着其生产应用的发展,在美国RC-Cibson提出超低碳双相不锈钢能显著改善钢的热加工之前,双相不锈钢主要限于用作铸钢件。二十世纪六十年代由于A0D、V0D等炉外精炼技术的开发应用,使得超低碳不锈钢的生产变得轻而易举,故而也促进了超低碳双相不锈钢的研制开发。但无言,仍万变不离其宗――具有铁素不锈钢和奥氏体不锈钢的脆性,因而往往在生产应用过程中,由于对双相不锈钢脆性特性认识不足,会遇到开裂脆断等不少麻烦。本文仅就有利双相不锈钢的广泛生产和应用,并借此合理制订生产制造工艺。
2.现象与分析a——/双相不锈钢由于在热处理特性方面兼有a相和7相的特点,因此在加工生产和使用过程中很容易析出第三相,从而使钢变脆,加工性能变坏。例如00025iNil6Mo3N含有较篼的Cr和Mo,所以在900T左右极易析出a相,同时也形成475X脆性。
脆性双相不锈钢焊丝生产过程中,为疏松热轧盘条的氧化铁皮,若按通常奥氏体不锈钢的碱洗工艺(450 -550T保温60分钟后水冷),则在然后的钢丝冷拔过程中钢丝便会纷纷断裂,这便是475脆性在作怪,因为喊洗的碱浴温度恰好处在475脆性形成范围之内。
高铬双相不锈钢的475t脆性已有许多研究。一般认为475脆性相是由富铬的W相沉淀引起的,a'相为体心立方结构,晶格常数为2.787A,同基体a相的晶格常数相差甚微,以至在通常的光学显微镜下是较难观察到的,它的形成温度范围为350-脆性相双相不锈钢在热加工过程中,温度控制不当,便易于产生开裂现象。
还是00Cr25Ni6Mo3N钢锭在锻造(或水压机开坯)过程中,若加工温度低于950丈甚至900尤左右,极易产生角裂或裂边,严重时会导致整支钢锭报废。此乃由于钢在加热或冷却过程中于850-950T时稍长时间停留,易析出a相,增加钢的脆性,因而在锻压过程中易于产生裂纹缺陷。
作为结构材料,特别是双相钢无缝钢管往往需要弯管,特别是热弯管及热校,为了避免产生脆性,必需调整加热温度,如果按照常规工艺,一则因双相不锈钢强度篼,不易弯管。更主要是在900左右加热易于析出a相,使钢管经受不住高压试验,易于脆断。
某磷肥厂曾用双相不锈钢――碳钢复合管制作废热锅炉的冷却管组,在历时三个月的烘炉过程中,由于操作不当,致使炉温长期处于900弋左右,且数次断水,致使双相不锈钢管复合层开裂,经X光分析,在断口处存在有5%(总体积)<7相,由于a存在,引起晶界的脆化,造成沿晶断裂。金相检验断裂试样,在晶界也见有相析出。
相是一种具有四方结构,且富铬富钼的硬而脆的金属间化合物。有报导含钼的奥氏体不锈钢(316)在540- 1000弋加热,在晶界能产生a相,所以在铁素体不锈钢、含钼奥氏体不锈钢都易于形成相,对高铬高钼的双相不锈钢以及一般a-7双相不锈钢都易于形成a相,而且形成速度要比奥氏体不锈钢还要快些。所以国内一些研制双相不锈钢的论文都提到双相锈钢在加热及冷却过程中于850-950时稍长时间停留,便易产生<7相,有也指出,对双相不锈钢在800-9001:(1470F-1650F)在5分钟内即可析出<相,对25%Cr双相不锈钢有但到lOOOTa相可基本溶解。并指出在850T:时即有a相发生。
3.对策上面已涉及脆性问题是双相不锈钢生产和应用经常遇到的头痛问题。在工艺操作稍不注意,便易于形成裂边,断裂等脆性事故,为此双相不锈钢在生产和应用过程中必须制订出严格工艺规范和操作要点。根据双相不锈钢的脆性特点,即在350-525丈范围内的475脆性和700 -975范围内的a相析出都会导致双相不锈钢产生脆性,针对这些脆性特征,提出如下对策:热压力加工的生产工艺说明,在双相不锈钢中C相的析出,对钢的塑性不利。酸洗和固溶处理都能有效地改善和恢复不锈钢电阻对焊接头的抗点蚀性能。
对于普通双相钢,固溶处理比酸洗能更有效地改善接头的抗点蚀性能,并无晶粒粗化现象;对于奥氏体钢和超级奥氏体钢,固溶处理的效果不及酸洗,且会引起母材晶粒粗化。
中华不锈钢网近日报道:对含Mo含N较高钢种的对焊接头,两者的效果更佳,尤其是两者综合处理后的接头,其临界点蚀温度CPT甚至高于对应母材经酸洗以后的CPT文章对比分析了母材和固溶处理前后接头的显微组织,讨论了引起上述抗点蚀性能变化的原因。文章还探讨了酸洗和Mo、N元素可以改善不锈钢抗点蚀性能的机理。
0序言点蚀是局部腐蚀现象,会引起构件迅速穿孔。
点蚀往往起源于材料表面的夹杂物、沉淀物和合金元素贫化区。焊接热循环不可避免地会在不锈钢焊缝金属和热影响区中产生夹杂、沉淀和偏析,降低不锈钢接头的抗点蚀性能。固溶处理是将焊接接头加热到一定温度并保温一段时间,使沉淀物重溶并通过原子扩散使成分均匀化,从而改善不锈钢焊接接头抗蚀能力的一种方法。
1试验材料和方法试验材料包括2种奥氏体钢、4种双相钢、1种超级奥氏体钢和1种超级双相钢。它们的化学成分列于表1.表1试验材料的化学成分点蚀试验按美国材料试验标准方法ASTMG48一76在GRANTW38腐蚀试验箱中进行。试验前,将试样截成35~40 mm长,砂轮打磨后用120号砂纸打光以除去表面氧化物。酸洗在22%HN3和5%HF混合水溶液中进行。固溶处理试样在二氧化硅管炉中加热,Ar气保护,出炉后迅速水冷。酸洗和固溶处理有关参数列于表2. 2结果与分析2.1临界点蚀温度CPT所有点蚀试验结果列于表3.由表3可知,酸洗和固溶处理对改善和恢复不锈钢焊接接头的耐点蚀性能都是有效的。但对于不同钢种,效果不一样。对于No.奥氏体钢,酸洗只焊接学报bookmark4 21卷对母材有效,而对焊接接头似乎无效,固溶处理也无明显效果。对No.2和NO.5的焊接接头,酸洗效果比固溶处理更为显著。
4c的焊接接头,固溶处理和酸洗效果差不多,甚至优于酸洗。对含Ni量较高的双相钢No. 4a和超级双相钢No. 6酸洗和固溶处理的效果都不明显。
值得注意的是酸洗和固溶处理的综合效果十分显著。经过综合处理后的含Mo、含N较高的不锈钢No.4a、No.4c、No.5、No.6的对焊接头甚至表现出比酸洗后的对应母材更好的抗点蚀能力。
2.2显微组织分析5的母材经固溶处理后晶粒明显粗化,平均尺寸分别从21rtn和112rtn长大到55m和205m,但它们的焊接接头的晶粒却没有出现长大现象,如、所示。
双相钢和超级双相钢的母材和焊接接头经固溶处理后都未发生晶粒长大现象,如、所示。
表2酸洗和固溶处理所用参数表3点蚀试验结果No.4a母材经固溶处理前后的显微组织No.2母材经固溶处理前后的显微组织态均未发生明显变化。然而在焊接热影响区中,不同钢种却产生了不同的变化。如所示,No.2和No.5的焊接热影响区中,晶界和晶内的沉淀色由深变浅,在靠近母材的热影响区中,沉淀迹象完全消失,并出现新的晶界。毫无疑问,这将有利于恢复接头的耐点蚀性能。但在No.1的接头中却未观察到这种现象,其耐点蚀性能也未见有所改善。经固溶处理后,普通双相钢No.3、No.4b和No.4c对焊接头中,奥氏体的体积分量分别由30%、43%和35%增加到60%、67%和57%.由此可见,固溶处理有助于完成焊后奥氏体转变,改善相平衡,从而改善接头的点蚀抗力。在双相钢No.4a(见a、b)和超级双相钢No.6的接头中,奥氏体的体积分量都较高,分别为64%和56%.这是由于它们的Ni含量较高中指出,过多的Ni会增大CN的沉淀倾向,使CiN的沉淀温度增高,No.4a的固溶处理温度应高于1080°C.若在1080°C固溶处理,不仅不会溶解已形成的CiN沉淀,而且还有利于N原子从奥氏体内向铁素体内扩散,并与铁素体中的铬形成新的CrN沉淀。同时在靠近相界的部分奥氏体中引起重要的奥氏体稳定化元素N的含量下降,从而使这部分奥氏体逆变为铁素体如b所示。超级双相钢No.6的情况与No.4a相似,因为它的含Ni量也比正常含量高出3%左右。在1120C固溶处理,温度也有些偏低。
2.5酸洗处理不锈钢暴露于大气和潮湿空气中,由于其高Cr含量,会自动形成一层钝化膜,这层钝化膜在防止腐蚀方面起着重要的作用。和熔化焊一样,电阻对焊的热作用会使接头附近的材料表面严重氧化,这层氧化物有吸附氯离子而引起点蚀的倾向。另外还会引起表层金属贫铬而降低其抗点蚀当量PRE值。
酸洗的作用是消蚀掉表面氧化层和近表贫铬层。本试验所用试样在酸洗前已用120号砂纸打磨掉氧化层,这样可缩短酸洗时间。所用酸洗介质为HNO3和HF的混合水溶液。这种混合溶液不象具有氧化性的纯硝酸溶液,它具有还原性,它能通过化学还原反应除掉表层铁和其它金属氧化物,因此它不是钝化介质,而是腐蚀性较强的介质。然而当把试样从这种介质中取出并进行水冷时,新暴露的干净的表面就会自动形成一层均匀的钝化膜。
性部位形成氢氧化钼或铬铁的钼酸盐来降低该部位的活性,使钢表面匀质化而形成均匀的钝化膜,从而改善不锈钢的抗点蚀性能。
不锈钢中N的主要作用是在腐蚀开始进行时促使钝化膜和近表层中的Cr固定下来7,另有报道指出,在钝化膜的破裂处会发生N的富集从而阻止该处金属的活性溶解8. Mo和N的有利作用可以结合起来并通过酸洗强化。本试验中几种含Mo和N较高的不锈钢如No.4b、No.4c和No.5的母材和焊接接头经酸洗以后,其CPT大为提高就是明证。
3结论酸洗和固溶处理都能有效改善和恢复不锈钢电阻对焊接头的抗点蚀能力。
对于普通双相钢电阻对焊接头,固溶处理可比酸洗更有效地提高接头的CPT,并不会引起晶粒粗化;相反,对于奥氏体钢和超级奥氏体钢,固溶处理的效果不如酸洗,且会引起母材晶粒粗化。
中华不锈钢网近日报道:所选用的固溶处理温度对多数钢种是合适的,但对含Ni较高的No.4aNo.6和含碳较高的No.1却偏低。
对含Mo和N较高的不锈钢,酸洗和固溶处理均能显著提高对焊接头的CPT,尤其是两者综合处理后的接头,其抗点蚀性能甚至优于对应母材经酸洗以后的抗点蚀能力。