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大口径厚壁管脱溶区的结构分析

放大字体  缩小字体 发布日期:2019-10-21  浏览次数:8 选择视力保护色:

[摘要]中华不锈钢网营管部获悉:关于锰稳定奥氏体的作用,我们在第一章里已作了讨论。用锰代镍的奥氏体铬锰钢,开始时含铬量均比较低,如

 中华不锈钢网营管部获悉:关于锰稳定奥氏体的作用,我们在第一章里已作了讨论。用锰代镍的奥氏体铬锰钢,开始时含铬量均比较低,如Mn17Cr7Ti,Mn17Cr10V.Mn17Cr7MoV钢等,是为了代替18-8铬镍奥氏体钢作工作温度为650℃的热强钢使用的,其中Mn17Cr7MoV钢在650℃的持久强度每毫米8分钟。因为它们的含铬量低不能用作耐酸不锈钢管,而提高钢中的铬量至耐酸不锈钢所需的水平,却碰到一系列的困难,其中最重要。的是仅以锰合金化的铬锰不锈钢,不能获得纯奥氏体的组织。
  
  含锰大于3%的合金是由奥氏体和铁素体组成的;不管加热温度如何,增加含锰量至30%,也不能获得纯奥氏体组织。只有在含铬不超过12—15%和15%锰时,才能使含碳0.1%的铬锰钢自1000~1050℃迅速冷却得到纯奥氏体组织。当含铬量大于14~15%、一碳量小于0. 2%时,无论含锰多少也不能使钢获得纯奥氏体组织。
  
  可见,如使简单的铬锰不锈钢得到纯奥氏体组织,或者是降低含铬量,或者是提高含碳量,而这两种做法都是不利于钢的耐腐蚀性能的。所以,虽然在国外也有用含0.1-0.2%碳、18%锰及9%铬的钢制造餐具,但实际上其含铬量已降至不锈钢所需的极限含铬量以下了。
  
  铬锰不锈钢管的耐腐蚀性能,主要决定于钢中的含铬量,只有在钢中的含铬量接近于18-8铬镍奥氏体钢的水平时,铬锰钢的耐腐蚀性能才接近于18-8铬镍奥氏体钢。还可以看出铬锰钢的耐腐蚀性能,随钢中含锰量增加而降低,并且表现在含铬低于10%时更为显著。
  
  中华不锈钢网营管部获悉:前面已经讲过,如果Al-Cu 4%大口径钢管时效的温度不高,在开始阶段尽管它的硬度(参阅图12.3)和电阻率都改变了许多,人们仍不能从光学显微镜找出这时大口径钢管在结构上的变化.为了解决这个问题,纪尼埃和普赖斯顿各自独立地把时效过的大口径钢管单晶拍摄了劳厄照片,发现图上除了有铝点阵的正常衍射点之外,还附加了一些异常衍射条纹,但是没有任何新相出现的迹象,如图12.7所示.根据劳厄照片作出不锈钢晶体在此状态下的倒易空间,得到和异常衍射条纹相对应的是三组平行于基体点阵三个(100)方向的倒易线.因此可以设想,经过时效之后,在单晶的(100)面上聚集了一些铜原子,构成碟状薄片的富铜区,而这些铜原子并不离开点阵结点位置.根据初期的估计,这些富铜脱溶区很薄,只有2埃左右,所以它们使基体晶体中的电子周期分布在这些方向受到破坏,从而产生异常衍射.这样的脱溶区叫纪尼埃一普赖斯顿区,即前面简称的G.p.区。后来在电子衍射的照片上也看到了这种异常衍射,经过分析,得到和X光分析相同的结果。G.p.区的大小和形状还可以用X光低角散射来测定,图12.8是用这方法拍得的照片.照相时,样品是大口径钢管单晶体,平行于X光,平行于水平面的一组G.p.区产生图片上的垂直散射;垂直于水平面的一组(包含X光束)产生水平散射;第三组的碟面和X光垂直,按理应该产生圆形散射,但是因为圆环太小,所以在图上显不出来。G.P.区的直径随时效温度而改变,在室温大约为50埃;100℃时为200埃;150℃时为600埃.
  
  根据X光衍射强度的分布,一些工作者具体地分析了G.p.区的结构。所得到的主要的结果大体上都相同,至于某些细节上的分歧,还很难从实验上来验证,图12.9是G.p.区的右半边(左半边相同)的横截面,这是格罗耳德(V. Gerold)所设想的并为一般所采用的模型。图面平行于(100)面,而(001)和(010)则垂直于图面.当一层铜原子(图中黑点)集中在(001)面上时,附近的晶格必然要发生畸变,两边近邻的铝原子层间距沿001方向收缩,铜原子半径为铝的87%左右,所以有理由认为最近邻那两层铝原子层的间距的收缩量大约为10%。次近邻各原子层的间距亦将有不同程度的收缩,距离铜原子层愈远,收缩也愈少.可以看出,畸变能量主要是集中在铜原子层的边缘,因为在边缘附近晶格畸变最大.铜原子层内不至于夹杂着铝原子,否则近邻铝原子层的收缩将受到障碍或者使原子面曲弯而需要更大的畸变能,一般认为在铜原子层近邻各层原子中也没有(或者几乎没有)铜原子。虽然作过不少计算,但是关于各层间距的收缩量和G.P.区的含铜量还没有得出和实验完全符合的结果.
  
  中华不锈钢网营管部获悉:由透射电子显微镜的观察得到了G.p.区的外貌,和用X光所分析的结果相同.  图12.10是(001)面上的G.P.区照片上不锈钢薄膜位向为(110),这相当于G.P.区厚4埃,直径80埃左右。这些区虽然很小,但是由于它们和基体点阵共格,引起了应力场,所以能通过衍衬效应被显示出来.对于时效比较长的大口径钢管(譬如100℃下10天),在透射图上可以看到有相当于富铜区的黑点,其大小和X光分析所期望的相符合,并且,当样品在200℃进行回归(re、Tersion)处理(§12.4)之后,黑点即随之消失.脱溶区和基体共格,它们之间的表面能很小。由于铜和铝的原子半径差比较大,在区的附近会引起很大的畸变,因此,从能量的观点来看,区的形状应该呈碟状(§9.5)。这是和实验相符合的。钼和铁的原子半径比值为1.1,金和铁的比值为1.13,因为原子半径的差别都比较大,所以在这些厚壁钢管中脱溶区或沉淀区也都呈碟状。另一方面;在原子半径比较接近因而相变应变很小的不锈钢厚壁管中,例如在Fe-Cu、Al-Zn等合金中,脱溶区应呈球形。这些都已得到x光分析和电子显微镜观察结果的证明。为了和Al-Cu系统作对比,人们对Al-Ag合金中的沉淀问题也作了深入的研究.纪尼埃最先发现,在这种大口径钢管于低温(<l00℃)下经短时间时效处理之后,它的劳厄照片上发现所有的正常斑点周围都包有弥散的衍射,其中以X光入射中心点附近最为显著,散射环的形状和样品的晶体位向无关,环的直径随时效时间的延长而收缩,时效温度愈高,缩小也愈快。这两点特性说明了脱溶区是球形D,而且球直径在时效过程中逐步长大.假定在新相出现之前,银原子依然停留在点阵结点的位置上,纪尼埃等根据散射环的强度分布,利用二元合金短程有序的理论,分析了脱溶区中银原子的分布,图12.12是他们求得的结果.P是在距离某一个银原子为R的结点上再有另一个银原子的几率,可以看到,在R=0处,P=1;在R=20埃处P有一极小值;而后P又增加,在R=36埃处达到平均浓度0.05(原子百分浓度)。所以,球的中心部分是含银量比平均值高许多的富银区,其周围是一层比平均值低的贫银区,这二者合称脱溶区.不过在照片中不能把贫银区区别出来,用低角散射法还可以测量脱溶区的大小分布,并且和电子显微镜透射观察的结果基本上一致。

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