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316L不锈钢储罐材料中〇相的析出

作者:镇田机械 时间:2019-04-04 08:13
316L不锈钢储罐材料中〇相的析出 C相是除了 M23C6型碳化物以外,奥氏体不锈钢中另一种较为常见的析出相。 与M23C6碳化物相比,C相的析出需要更高的界面能,因此其常在大角度晶界、 非共格孪 信息摘要:

316L不锈钢储罐材料中〇相的析出

C相是除了 M23C6型碳化物以外,奥氏体不锈钢中另种较为常见的析出相。 与M23C6碳化物相比,C相的析出需要更高的界面能,因此其常在大角度晶界、 非共格孪晶界以及氧化物等第二相界面形核析出[76]。此外还用研宄表明对于不锈 钢中的5-铁素体,在长期的时效过程中会发生共析反应,生成奥氏体(Y相)和 G 相[69]。

由于C相种类较多,在不同条件下形成C相形貌及成分各异,因此在奥氏体 不锈钢中,很难根据SEM照片和EDS分析结果将其与碳化物及各类金属间化合 物准确区分开来。但是根据相关的研宄结果[69,76-77],奥氏体不锈钢中的〇相大都 分布于条状5-铁素体内部及M23C6碳化物周围,因此根据其分布特征来推断c 相的存在是可行的。图4-7(a)和(b)分别为经15年服役的母材试样中分布于5-铁 素体以及Cr3C6碳化物与奥氏体基体界面上的c相。

316L不锈钢储罐材料中〇相的析出

(a)分布于5-铁素体的〇相    (b) CV23C6碳化物边界上的〇相

图4-7服役15年后316L不锈钢母材试样中c相的SEM像

研宄表明c相在5-铁素体和奥氏体中析出的机理是不同的。5-铁素体在长期 的时效过程中会发生共析分解生成c相和Y相(奥氏体),其中c相在5-铁素 体与奥氏体基体的边界形核并向5-铁素体内部长大,如图4-7(a)。由于5-铁素体 中的Creq/Nieq较高,c相易于形核,Villanueva等人在其研宄中发现当奥氏体不 锈钢中有5-铁素体存在时,c相的析出速度将明显加快[78]。在奥氏体中也会析出 c相,但由于其与奥氏体基体非共格,析出所需的界面能很大,因此c相在奥氏 体中的沉淀析出往往需要较高的温度及很长的时间,且其往往位于大角度晶界和 碳化物与奥氏体的界面上[78],如图4-7(b)。

由于c相中合金元素的数量及种类不确定,因此目前为止没有具体的析出热 力学及动力学表达式。对于c相是否能在在金属中析出,通常采用金属的平均电 子空位数来判断,其经验公式如下[79]:

N = 0.66NNl +1.71Nc〇 +2.66NFe +4.66(Ncr +NMo +NW)+5.66Nv + 6.66N& + 10.66N_    (5)

其中N为金属的平均电子空位数,Nx为各合金元素的电子空位数,当N>2.52 时金属就有可能生成c相。根据316L储罐所用到的不锈钢的成分,利用式5计算得本研宄中 316L不锈钢母材的平均电子空位数远大于2.52,因此从合金元素角度上看,本 研宄所用金属在长期服役过程中生成c相是可能的。

虽然c相的析出需要很高的界面能,且与其他析出相相比,在相同温度下c 相析出所需时间要长得多,但是在经15年服役后的母材试样中仍发现了 c相的 存在,如图4-7所示。c相的析出表明在服役期间二次相有充分的时间形核长大, 而&23C6碳化物以及c相的富Cr二次相的沉淀析出,造成了奥氏体基体的贫Cr, 使其耐蚀性的下降,促进应力腐蚀的发生。

c相的存在将会显著促进应力腐蚀的发生,这是由c相自身的特性所决定的。 先由于c相本身为硬脆相,在应力的作用下,c相周围将产生应力集中。因此 c相的沉淀析出将会使不锈钢构件在应力作用下易产生裂纹,使不锈钢构件的力 学性能显著降低[80]。另外有研宄表明c相的析出会使附近区域电位升高,造成 局部耐腐蚀性的急剧降低[81]。因此对于本研宄中经长期服役的316L不锈钢储罐, c相的析出也是促使其发生应力腐蚀开裂的重要原因。

小结

(1)316L不锈钢储罐封头的焊缝组织由奥氏体铁素体组成,其凝固模式为 FA模式。不锈钢储罐封头母材组织由奥氏体和呈条状分布的5-铁素体组成,在 长期服役过程中,沿铁素体/奥氏体界面和变形带有M23C6碳化物析出。此外在5- 铁素体中和奥氏体/碳化物界面还发现有c相存在

(2)应力腐蚀试验结果表明经15年服役后316L不锈钢储罐母材和热影响 区的耐应力腐蚀性能明显下降,其中热影响区下降得更为明显。在试验中所产生 的应力腐蚀裂纹主要以穿晶形式扩展。

(3)奥氏体母材由于在旋压制造过程中发生了较大变形,因而硬度较高, 而焊缝硬度较低。在热影响区由于发生了回复再结晶及晶粒粗化,硬度与母材相 比有所降低。而焊缝的硬度。

(4)电解浸蚀试验结果表明无论是母材还是热影响区,晶界的耐蚀性都未 发生明显下降,316L不锈钢储罐耐蚀性的下降主要是由沿变形带析出富Cr相而 造成周围组织贫Cr引起的,其中热影响区碳化物和c相等富Cr相的析出量明显 多于母材。

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