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铝元素在不锈钢方管中的作用

作者:wzbxgg 来源: 日期:2018/8/5 0:35:44 人气:116

奥氏体耐热钢具有良好的耐高温、耐腐蚀、力学性能以及可加工性能,所以经常在耐酸碱腐蚀、高温或者低温的石油化工、电力、海洋、能源等行业的零部件使用,然而不锈钢方管服役的这些环境一般都处于硫化物、水蒸气的氧化性气氛中,缩短了零部件的寿命,所以进一步研发能克服耐高低温、耐腐蚀、力学性能优良的不锈钢方管已经成为一种趋势[28]。近几十年来,随着国内外的学者的不断探索,发现在不锈钢方管中加入铝元素会在表面形成比传统的奥氏体不锈钢方管表面的Cr2O3保护膜性能更为优良的Al2O3保护膜,这样相对传统的不锈钢方管,在没有增加成本的基础上开发出了一种性能优良的高铝型奥氏体不绣钢。

铝在钢中作用主要有两个方面:一是用作炼钢时的脱氧定氮剂,并且细化晶粒,阻碍低碳钢的时效,提高钢在低温下的韧性。二是作为合金化元素加入钢中,提高钢的抗氧化性,改善钢的电、磁性能,提高渗氮钢的耐腐蚀和疲劳强度。铝元素在现代的炼钢和生产中通常是当做脱氧剂使用,部分的铝与氧结合会形成三氧化二铝或者铝的氧化物类的杂质,剩余的铝会溶入固态铁中,称之为酸溶铝,在随后的冷却过程中,由于加热和冷却的方式不同,有的在固态下会形成AlN的弥散物,能够起到细化晶粒的作用,有的会继续保留在固态铁中,我国规定的酸溶铝在钢中的质量分数不能超过0.07%。铝在钢中还有一个作用是镇静钢液,防止钢液凝固时产生大量的气泡[30]。由于铝元素是铁素体形成元素,Ni元素在不锈钢方管含量比较少的时候,随着铝元素含量的增多,铁素体的含量增多,这样会使奥氏体不锈钢方管变成了铁素体+奥氏体的双相组织,大量存在的铁素体会使材料的力学性能以及抗蠕变性能大幅度下降,所以高铝不锈钢方管在成分设计上显得尤为重要。

舍夫勒组织图是用来表述不锈钢方管元素化学组成(不计算其中氮元素)与相组织的定量关系图,可以根据元素的化学成分推算出相组织及其铁素体的量,图中纵坐标表示镍当量(Nieq),是反映不锈钢方管组织奥氏体化程度的指标,其值是根据化学组成中包含的奥氏体化元素(如镍,碳,锰等)的量,按其奥氏体化作用的强烈程度折算成相当于若干个镍之总和;横坐标表示铬当量(Creq)来表示,铬当量是反映组织中铁素体化程度的指标,其量值是根据组织中的铁素体化元素(如铬,铝,硅,妮等)的量,按其铁素体化作用的强烈程度,折算成相当于若干个铬之总和。所以我们可以把上述两类元素在钢中所占的比例计算出来,折算成铬当量、镍当量的形式来表示。两者的计算公式分别为:

镍当量:Nieq=%Ni+%Co+30(%C)+25(%N)+0.5(%Mn)  (1.1)

铬当量:Creq=%Cr+2(%Si)+1.5(%Mo)+5(%V)+5.5(%Al)+1.75(%Nb)+1.5(%Ti)+0.75(%W)  (1。2)

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