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            微量元素對不銹鋼厚壁管組織和性能的影響

            微量元素在一定條件下能夠對晶界碳化物的析出產生抑制作用,通過微量元素對不銹鋼結晶狀態下的碳化物生成抑制實現沒有晶間碳化物的不銹鋼組織與性能獲取,是不銹鋼鑄造工藝研究和關注的重點。本文將以微量元素硼為例,對其在不銹鋼厚壁管組織與性能的影響研究。

            微量元素硼與氮、氧之間具有較強的親和力,同時能夠與碳、硫形成化合反應,通過與某些金屬化合形成硬度較高的硼化物。有研究顯示,在鋼中加入微量元素硼能夠明顯提升其淬透性。就微量元素硼在鋼材料中加入應用及影響研究,價值意義十分顯著,下文就微量元素硼在在不銹鋼厚壁管中的作用影響進行研究。

            1微量元素硼在鋼中存在形式分析

            微量元素硼在鋼中存在的形式相對多樣,并且由于其溶解度非常低,在不同溫度下能夠形成不同的固溶體。比如,硼在鋼中以硼原子與鐵原子半徑比率為0.760.78之間時,能夠在α-Fe中形成置換式固溶體,而在γ-Fe中形成間隙與置換兩種形式的固溶體。有研究顯示,固溶硼呈均勻分布狀態在基體中分布表現,并且與小角結晶以及位錯、孔位第晶體缺陷之間有著較為強烈的相互影響作用。在鋼中的微量元素硼含量增加情況下,如果其含量標準超出鐵硼固溶體的溶解度標準時,微量元素硼能夠與碳、鐵形成化合物,以硼化物形式存在鋼中,具有較高的硬度以及熔點、低溫超導性特征。

            需要注意的是,由于鋼的晶體點陣類型存在區別,使鋼中硼化物表現類型分為CuAl 2型正方點陣結構與FeB型正交點陣結構兩種硼化物形態。其中,CuAl 2型正方點陣結構硼化物像Fe 2 B、Ti 2 B、W 2 B、Mo 2 B等,一般在硼含量達到8.84%時就會形成以上化合物形態,而FeB型正交點陣結構兩種硼化物像FeB、TiB、WB、MoB等,在硼含量增加至16.23%左右時就會形成以上硼化物形態。此外,不同類型的硼化物與碳化物、氮化物之間具有有限溶解關系,能夠形成相對復雜的硼化物,比如鋼中Fe 3 C能夠在大量溶入硼原子與碳原子進行置換情況下,形成Fe 3 B 0.3 C 0.2類型的硼碳化合物等。

            2微量元素硼對碳鋼組織及性能影響分析

            微量元素硼對鋼的淬透性影響是隨著鋼中硼含量變化存在一定的變化規律的,一般情況下,在鋼中有效硼含量達到0.001%0.003%時,其淬透性作用及影響最為強烈。其中,硼含量對鋼的淬透性作用主要表現為對鋼的組織以及性能影響上。

            2.1微量元素硼對碳鋼組織影響

            首先,微量元素硼對鋼的組織影響表現為對鋼晶粒尺寸以及組織組成物的影響上。微量元素硼在低碳鋼中含量增加能夠促進其晶粒粗化,而其在合金鋼中含量增加則具有促進其晶粒細化的作用,因此,能夠對鋼的晶體尺寸產生影響。有研究顯示,低碳鋼中,酸溶硼的質量分數在0.005%以上時,其晶粒尺寸會出現明顯變大反應,因此證明了低碳鋼中硼含量增加能夠促進晶粒粗化。這是由于硼的加入大能夠促進奧氏體溫度提高,因此,鋼中硼一部分與碳結合形成硼碳化物,另一部分以硼相存在,其中硼碳化物在溫度升高變化過程中先溶解在奧氏體中,對奧氏體晶粒長大并未產生影響,但是,在溫度上升達到一定條件時,硼相在晶界的析出,并且在奧氏體溫度較低情況下,沒有完全溶解在奧氏體,而殘留非連續硼相就會對晶粒長大產生阻礙,提高奧氏體溫度時,硼相完全溶解使阻礙作用消除,出現晶粒迅速增大變化,這種變化及傳遞影響促使低碳鋼的平均晶粒尺寸呈現變大反應。

            此外,微量元素硼對鋼組織組成物的影響表現為硼含量增加能夠實現碳鋼中鐵素體組織形成抑制,這是由于奧氏體內溶解硼在其晶界與亞晶界分布為主,對該區域自由能形成降低影響,從而對鐵素體在這些易于形核區域的形成率產生抑制影響。比如,在高碳鋼中加入適量的硼能夠獲取較高硬度的馬氏體以及硼化物的復相組織,實現高碳鋼耐磨性與強韌性改善提升。

            2.2微量元素硼對碳鋼性能影響

            微量元素硼對碳鋼的性能影響主要表現為硼含量對碳鋼強度、塑韌性以及加工硬化性能的影響。其中,硼含量對碳鋼強度的影響表現為,在不同成分鋼中加入微量元素硼能夠起到晶粒尺寸細化與粗化兩種不同作用,因此,對鋼的強度變化產生不同的影響。比如,在低碳鋼中加入微量元素硼能夠有效降低其屈服與抗拉強度,這是由于在低碳鋼中加入微量元素硼具有促使鐵素體晶粒尺寸變大的作用,根據這種變化關系與低碳鋼屈服強度計算方式就可以得出微量元素硼加入在促使低碳鋼晶粒粗化同時,導致其屈服強度明顯降低。

            其次,微量元素硼對碳鋼塑韌性影響表現為在碳鋼中加入適量的硼,能夠有效提升其塑韌性,但是在硼含量超出一定范圍時,碳鋼組織中產生硼相就會導致其塑韌性降低。一般情況下,50B鋼的硼含量在0.003%以下時,其組織中就基本不產生硼相,在超出該范圍時就會形成明顯的硼相,降低鋼的塑韌性。此外,微量元素硼對碳鋼加工硬化性能的影響表現為,在碳鋼中加入硼,能夠降低其加工硬化性能,有研究顯示,與不含硼鋼相比,如果其材料中其他成分一致的情況下,含硼鋼的加工硬化性能明顯降低13.78MPa左右。由此可見,硼含量加入具有降低碳鋼加工硬化性能的影響。

            2.3微量元素硼在不銹鋼厚壁管的作用影響

            結合上述對微量元素硼在碳鋼組織與性能的作用影響分析,結合不銹鋼厚壁管的性能特點,在不銹鋼厚壁管中加入硼能夠實現其不銹鋼熱塑性以及耐敏化態晶間腐蝕性能,從而促進剛在硝酸中的腐蝕作用加快。需要注意的是,在硼含量超出一定標準時,還會導致鋼中低熔點硼化物形成,從而導致不銹鋼熱加工性能與塑韌性降低。此外,在不銹鋼厚壁管中加入硼,還能夠促進不銹鋼熱中子吸收能力提升,便于不銹鋼厚壁管熱加工以及冷成形、焊接等工藝開展。其中,不銹鋼中硼含量需要維持在1.2%以下。

            3結語

            總之,對微量元素在不銹鋼厚壁管組織與性能的影響分析,有利于通過對微量元素在不銹鋼厚壁管組織與性能的作用把握,通過有效的工藝技術,促進不銹鋼厚壁管組織與性能改善,具有十分積極的作用。

            文章作者:不銹鋼管|304不銹鋼無縫管|316L不銹鋼厚壁管|不銹鋼小管|大口徑不銹鋼管|不銹鋼換熱管

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