预应变下304奥氏体不锈钢晶间腐蚀敏感性研究

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奥氏体不锈钢具有良好的韧性、塑性、焊接性和耐腐蚀性等,广泛运用于石油化工、冶金机械、航空航海等行业。奥氏体不锈钢设备或管道及附件等在成型过程中一般都需要进行冷加工以及奥氏体不锈钢应变强化技术的不断推广,常会导致材料遭受比较大的预应变,造成材料性能的劣化。当这些存在预应变的奥氏体不锈钢在敏化温度范围内服役或热处理或焊接经过该温度区时,会出现晶间腐蚀或应力作用下的晶间型应力腐蚀。  本文针对304奥氏体不锈钢,研究预应变和敏化处理对其晶间腐蚀敏感性的影响。通过实验与分析讨论,旨在为304奥氏体不锈钢在过程装备中的应用提供设计、制造与安全监测等指导。主要的研究工作和得到的结论如下:  (1)采用硬度、残余应力和铁素体测量研究预应变对304奥氏体不锈钢机械性能的影响。结果表明,预应变会造成304不锈钢表面硬度增加、残余应力上升和α马氏体含量增加。采用硫酸-硫酸铜试验,并结合金相分析法,对先预应变0%、1%、2%、5%、10%、15%、20%后750℃敏化lh的试样进行分析。结果表明,750℃敏化1h试样均未通过硫酸-硫酸铜试验;随着预应变的增加,材料的晶间腐蚀敏感性程度也越高。采用电化学动电位再活化法对材料的敏化度进行定量表征,也得到了类似的结论。  (2)研究了预应变和敏化处理顺序对304奥氏体不锈钢晶间腐蚀敏感性的影响。结果表明,在低预应变的情况下,先敏化后预应变(先敏后预)和先预应变后敏化(先预后敏)不锈钢的晶间腐蚀敏感性相近。但是,在预应变超过10%后,先预后敏试样的晶间腐蚀敏感性明显低于先敏后预试样的敏感性。EPR实验也得到了类似的结果,在预应变大于10%后,相同预应变水平下,先预后敏和先敏后预的试样敏化度相差超过了10%。  (3)研究了不同敏化温度对预应变304奥氏体不锈钢晶间腐蚀敏感性的影响。取450℃、550℃、650℃、850℃敏化温度和不同预应变,并结合750℃条件下的研究内容。结果表明,在450℃和850℃下敏化处理lh条件下,材料基本不具备晶间腐蚀敏感性,预应变的影响也不明显。在550℃下,无预应变和5%预应变试样依然不具备品间腐蚀敏感性;但是,当预应变达到10%时,材料的晶间腐蚀敏感性明显增强。在650℃下,不同预应变的试样都具有不同程度的晶间腐蚀敏感性,随着预应变程度的增加,晶间腐蚀敏感性也越明显不断增强。  (4)基于扩散理论,建立了晶界Cr浓度数值模型,模拟了预应变下晶界Cr浓度的变化。结果显示,在贫Cr区,从晶内向晶界方向,Cr浓度逐渐下降。预应变越大的试样,贫Cr区的Cr浓度也越低。
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