雙相鋼的耐晶間腐蝕性能(一)
參考文獻(xiàn):黃嘉琥. 壓力容器用雙相不銹鋼(二). 壓力容器, 2015, 32(3).
這篇文獻(xiàn)知識(shí)量大,但語言不夠簡(jiǎn)煉,段落較長(zhǎng)(有的段達(dá)一千字),讀起來有點(diǎn)吃力。
在了解雙相鋼的晶間腐蝕特點(diǎn)之前,有必要先了解一下奧氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼的晶間腐蝕。
1. 奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕
鉻為不銹鋼的基本耐蝕合金元素,不銹鋼的各個(gè)區(qū)域需要有較高的鉻含量,才能有較好的耐蝕性。
固溶溫度下,碳在奧氏體基體中的溶解度較高(0.1%),但隨著溫度的下降其溶解度降低(室溫下甚至低于0.02%)。不能溶解的碳,會(huì)以碳化鉻的形式在晶界析出,并在鄰近區(qū)域產(chǎn)生貧鉻區(qū)。不過,基體中的鉻也會(huì)逐漸向貧鉻區(qū)補(bǔ)充。除碳化鉻外,氮化鉻、金屬間化合物(如σ相)等富鉻的晶間析出相,也會(huì)產(chǎn)生貧鉻區(qū)。在一些介質(zhì)環(huán)境中,貧鉻區(qū)會(huì)先被腐蝕,即為晶間腐蝕。
鋼中合金元素的遷移均為擴(kuò)散過程,碳化鉻的析出溫度在950~400℃范圍內(nèi),溫度較高時(shí)擴(kuò)散速度快,低于400℃擴(kuò)散基本停止。所以,如果奧氏體不銹鋼從固溶溫度快速冷卻(如水冷),則可避免高鉻相和貧鉻區(qū)的產(chǎn)生。
經(jīng)過固溶處理的奧氏體不銹鋼,鋼材本身的抗晶間腐蝕性能是有保證的。但對(duì)于壓力容器等焊接件,因?yàn)楹茈y對(duì)整個(gè)設(shè)備進(jìn)行固溶處理,需要采取諸如減少焊接熱循環(huán)(作用有限)、不銹鋼的合金化(主要措施,如降低碳含量)來保證其抗晶間腐蝕性能。
事實(shí)上,因?yàn)殇摬某鰪S固溶熱處理時(shí)的冷卻速度,設(shè)備制造過程中的焊接熱循環(huán)等制造工藝因素,對(duì)不銹鋼制設(shè)備在投運(yùn)后的抗腐蝕能力有較大的影響。因此,除保證化學(xué)成分外,必須對(duì)每一批鋼材,及制成的設(shè)備(重點(diǎn)是焊接接頭)進(jìn)行必要的晶間腐蝕敏感性檢驗(yàn)。
2. 鐵素體不銹鋼的晶間腐蝕
碳、氮在鐵素體中的溶解度要比在奧氏體中小得多,因此,若含碳、氮量一樣,鐵素體鋼的抗晶間腐蝕性能要小于奧氏體鋼。因此,從抗晶間腐蝕的角度,應(yīng)盡量降低鐵素體鋼中碳、氮的含量。
另外,合金元素在鐵素體中的擴(kuò)散速度要比在奧氏體中快得多。鐵素體在高溫退火處理時(shí),碳、鉻均固溶于基體中,當(dāng)溫度降低至碳化鉻的起始析出溫度后,碳、鉻的擴(kuò)散速度快,碳化鉻將很快全部在晶界析出。與此同時(shí),基體中的鉻也很快向貧鉻區(qū)補(bǔ)充,可減小貧鉻區(qū)的貧鉻程度。所以,鐵素體退火后,不能快速冷卻,應(yīng)緩冷(一般采用空冷),讓基體中的鉻充分?jǐn)U散,消除或減輕貧鉻區(qū)。
不過,冷卻速度也不宜太慢,盡量減少在500~925℃間析出σ相產(chǎn)生高溫脆化,及400~500℃間析出α’相,產(chǎn)生475℃脆性。
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