Fe-Cr-Ni奥氏体不锈钢的成分设计

合金成分设计思想

在保证完全均一化的奥氏体的组织的情况下,提高焊接热影响区粗晶区的性能是新型Fe-Cr-Ni奥氏体不锈钢开发的主旨,其合金设计需要考虑以下几个方面:

1)合理的组织。完全奥氏体组织是保持奥氏体不锈钢特性的保障,为保证不锈钢在生产和服役过程中均为奥氏体组织,应该加入适量的NiMnN等奥氏体形成和稳定化元素。

2)力学性能。固溶强化和析出强化是提高奥氏体不锈钢焊接热影响区粗晶区力学性能的常用方法,具有固溶强化作用的合金元素主要有WMo等,AlNb等元素可以有效地形成细小弥散的析出相。质点强化理论是合金设计中常采用的基本原理。根据质点强化理论,合金的强度与第二相质点的平均间距或f/r呈反比,其中f为质点的体积分数,r为质点的半径。因此,设计强化沉淀相(如MC等)时应尽可能做到最细小尺寸或最小间距。为此,必须提高形核驱动力和过饱和度,以获得高形核率和高质点密度,保证合金具有更高的强度。

3)合理的成本。在Fe-Cr-Ni基础上添加一定量的AlNb元素,可以抑制焊接热影响区粗晶区奥氏体晶粒的长大,有效地增强粗晶区的力学性能。可以替代一些高成本的钢种,从而降低了制作储置罐的成本。

此外,热力学作为认识金属微观组织的基础,可以给出有关多项平衡的数据,热力学计算已成为合金设计的常用辅助手段,通过热力学计算可获得合计你的平衡相图,确定合金中的各相的转变温度,合金元素对相组成及相变温度的影响。

合金元素的作用

310S钢作为Fe-Cr-Ni基奥氏体不锈钢中的代表钢种,其主要的合金元素有CNSiMnCrNiAlNb等,根据各个元素在不锈钢中的作用,可以分为奥氏体稳定化元素、抗腐蚀元素和析出强化元素。

奥氏体稳定化元素NiMn

Ni是典型的奥氏体形成和稳定元素,传统Cr-Ni不锈钢中均含有较高含量的Ni,以扩大奥氏体相区。而且,Ni可以提高不锈钢表面膜的稳定性,进而提高不锈钢的耐蚀性能。

Mn形成奥氏体相区的约为Ni1/2,一般情况下,Mn可以降低钢的临界淬火速度,增加冷却时奥氏体的稳定性,是高温下形成的奥氏体得以保持到常温。此外,Mn对奥氏体不锈钢的抗点蚀性能不利。

抗腐蚀元素CrSi

Cr在奥氏体不锈钢中的主要作用是提高耐蚀性能和抗高温性能。在一定范围内,不锈钢的耐蚀性能呢个的抗高温性能随Cr含量的增加而增加。但Cr为铁素体形成匀速,过多的Cr会导致熔炼、焊接过程中δ-铁素体的形成,无法获得全奥氏体组织。而且一些Cr的析出相还会导致晶界附近形成贫Cr区,从而增大不锈钢的晶间腐蚀敏感性。

Si元素对于提高奥氏体不锈钢的抗高温性能具有显著效果。Si的活性很高,可以降低不锈钢中的氧化速率。然而,Si是铁素体形成元素,随着Si含量的增大,铁素体的形成趋势增大。

析出强化元素CNAlNb

CN元素极易和AlNb元素结合,形成MC型碳化物或MX相,这些细小的析出相弥散分布于奥氏体基础上,对晶界起到钉扎作用,能够抑制奥氏体晶粒的长大,同时可以在阻碍变形过程中位错的一定,起到强化作用。

Al元素在钢中常常作为脱氧剂使用。具有细化晶粒的作用,也可使得钢的抗氧化性能提升,改善钢的电磁性能。但Al含量不宜过多,当Al含量过多时,极易使得钢的韧性下降[28]Al有时也作为析出元素存在,Al较容易和N元素结合生成AlN相,可以钉扎晶界,抑制奥氏体晶粒的长大[29,30]。鉴于市场上铝的价格较为便宜,适宜在310S钢中添加Al元素尝试降低焊接热影响区粗晶区的奥氏体晶粒尺寸。

Nb元素是与CN元素亲和力最强的元素。适量的Nb元素可以与CN元素结合生成MX相,细化奥氏体不锈钢的晶粒,提高耐晶间腐蚀能力。但过量的Nb元素容易造成钢的韧性的衰减,也会使得钢的熔点发生大幅度下降。

文章作者:不锈钢管|大口径不锈钢管|不锈钢厚壁管|大口径厚壁钢管|厚壁不锈钢管

文章地址:http://www.gbt14976.com/Info/View.Asp?Id=966

版权所有 © 转载时必须以链接形式注明作者和原始出处

我们需要您的支持与分享

分享到:

相关新闻

    没有资料