奧氏體不銹鋼還應(yīng)注意：冷加工硬化、高溫時(shí)效脆化
新聞來源：www.ecoffee.org.cn 發(fā)布時(shí)間：2020-12-09 09:31 瀏覽量：
參考文獻(xiàn)：王志文, 張而耕. 奧氏體不銹鋼使用中值得注意的幾個(gè)問題[J]. 化工機(jī)械, 2002, 29(6).
不銹鋼的晶間腐蝕傾向試驗(yàn)是設(shè)計(jì)文件中常見的內(nèi)容，HG/T 20581等標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)內(nèi)容也比較明確。而水壓試驗(yàn)或操作介質(zhì)中的氯離子含量，也是奧氏體不銹鋼設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)關(guān)注的基本內(nèi)容。除氯離子外，像濕硫化氫、連多硫酸及其他一些可能產(chǎn)生硫化物環(huán)境，也能夠引起奧氏體不銹鋼的應(yīng)力腐蝕開裂。
值得一提的是，雖然HG/T 20581濕硫化氫腐蝕的章節(jié)中未提及奧氏體不銹鋼，但參考文獻(xiàn)指出，雖奧氏體不銹鋼比鐵素體鋼對原子氫的溶解能力大得多, 但仍舊會發(fā)生氫致型的濕硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂, 尤其是冷加工硬化出現(xiàn)形變馬氏體組織轉(zhuǎn)變后更容易發(fā)生這種開裂。
(以下內(nèi)容整理自參考文獻(xiàn)，如果太長不想看，看加粗的重點(diǎn)段落就行。)
冷加工硬化增加應(yīng)力腐蝕開裂敏感性
奧氏體不銹鋼具有優(yōu)良的冷加工性能，但其加工硬化非常明顯，冷加工變形程度越大, 硬度升得越高。加工硬化引起的硬度升高也是不銹鋼發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂的重要原因，尤其是那些母材而非焊縫開裂的情況。
有以下一些案例：
第1類案例是奧氏體不銹鋼冷旋壓加工橢圓或碟形封頭之后, 其過渡區(qū)的冷變形最大, 硬度隨之也達(dá)到最高。投用之后于過渡區(qū)發(fā)生了氯離子應(yīng)力腐蝕開裂, 導(dǎo)致設(shè)備泄漏。
第2 類案例是不銹鋼板材卷圓之后用液壓成型法制造U 形波紋膨脹節(jié), 在波峰處冷變形最大, 硬度也最高, 沿波峰發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂的情況最多, 甚至發(fā)生沿一圈波峰開裂形成低應(yīng)力脆斷的爆炸事故。
第3 類案例是波紋形換熱管的應(yīng)力腐蝕開裂。波紋形換熱管是由不銹鋼無縫管冷擠壓成型的, 波峰、波谷都受到不同程度的冷變形減薄, 波峰、波谷都可能引發(fā)若干應(yīng)力腐蝕裂紋。
奧氏體不銹鋼的冷加工硬化的實(shí)質(zhì)是產(chǎn)生了形變馬氏體，冷加工變形越大，產(chǎn)生的形變馬氏體也愈多，其硬度也愈高，同時(shí), 材料內(nèi)部的內(nèi)應(yīng)力也愈大。事實(shí)上，如果在其加工成形之后進(jìn)行固溶熱處理，可以達(dá)到降低硬度、使殘余應(yīng)力大幅度下降的效果，同時(shí)馬氏體組織也可消除，從而避免應(yīng)力腐蝕開裂。
長期在高溫下服役的脆化問題
目前，400～500℃的容器與管道材料以選用高溫強(qiáng)度較高Cr-Mo鋼為主，500～600 ℃甚至700 ℃時(shí)則以選用各種奧氏體不銹鋼為主。設(shè)計(jì)中人們往往更關(guān)注奧氏體不銹鋼的高溫強(qiáng)度，要求其含碳量不能過低。高溫下的許用應(yīng)力基本上依賴外推的高溫持久強(qiáng)度試驗(yàn)而得到, 可以保證在設(shè)計(jì)應(yīng)力下10萬h服役不發(fā)生蠕變斷裂。
但奧氏體不銹鋼高溫下的時(shí)效脆化問題也不能忽視，奧氏體不銹鋼在高溫下長期服役后會在組織上出現(xiàn)一系列變化, 會嚴(yán)重影響到鋼的一系列力學(xué)性能, 特別是使脆性明顯上升, 韌性大幅度下降。
高溫下長期服役后的脆化問題一般由兩個(gè)因素所造成，一是形成碳化物，二是形成σ相。碳化物相、σ相在材料長期服役后不斷沿晶析出, 在晶界上甚至形成連續(xù)的脆性相, 極易形成沿晶斷裂。
σ相( Cr-Fe 的金屬間化合物) 的形成溫度區(qū)間大約為600～980 ℃，但具體的溫度區(qū)間與合金成分有關(guān)。σ相析出的結(jié)果是使奧氏體鋼強(qiáng)度大幅上升(強(qiáng)度可能升高一倍) , 還變得又硬又脆。高鉻是形成高溫σ相的主要原因, Mo、V 、Ti、Nb等是強(qiáng)烈促使形成σ相的合金元素。
碳化物( Cr23C6) 的形成溫度是在奧氏體不銹鋼的敏化溫度區(qū)間, 即400～850 ℃。Cr23C6 在敏化溫度上限溫度以上會發(fā)生溶解, 但溶解以后的Cr又會促進(jìn)σ相的進(jìn)一步形成。
因此，奧氏體鋼作為耐熱鋼使用時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)對高溫時(shí)效脆化的認(rèn)識及其防范�？梢韵窕鹆Πl(fā)電廠的金屬監(jiān)測那樣, 定期檢驗(yàn)金相組織以及硬度的變化，必要時(shí)取出試樣做金相、硬度檢查，乃至進(jìn)行全面的力學(xué)性能與持久強(qiáng)度測試。