微量元素对不锈钢厚壁管组织和性能的影响

微量元素在一定条件下能够对晶界碳化物的析出产生抑制作用,通过微量元素对不锈钢结晶状态下的碳化物生成抑制实现没有晶间碳化物的不锈钢组织与性能获取,是不锈钢铸造工艺研究和关注的重点。本文将以微量元素硼为例,对其在不锈钢厚壁管组织与性能的影响研究。

微量元素硼与氮、氧之间具有较强的亲和力,同时能够与碳、硫形成化合反应,通过与某些金属化合形成硬度较高的硼化物。有研究显示,在钢中加入微量元素硼能够明显提升其淬透性。就微量元素硼在钢材料中加入应用及影响研究,价值意义十分显著,下文就微量元素硼在在不锈钢厚壁管中的作用影响进行研究。

1微量元素硼在钢中存在形式分析

微量元素硼在钢中存在的形式相对多样,并且由于其溶解度非常低,在不同温度下能够形成不同的固溶体。比如,硼在钢中以硼原子与铁原子半径比率为0.760.78之间时,能够在α-Fe中形成置换式固溶体,而在γ-Fe中形成间隙与置换两种形式的固溶体。有研究显示,固溶硼呈均匀分布状态在基体中分布表现,并且与小角结晶以及位错、孔位第晶体缺陷之间有着较为强烈的相互影响作用。在钢中的微量元素硼含量增加情况下,如果其含量标准超出铁硼固溶体的溶解度标准时,微量元素硼能够与碳、铁形成化合物,以硼化物形式存在钢中,具有较高的硬度以及熔点、低温超导性特征。

需要注意的是,由于钢的晶体点阵类型存在区别,使钢中硼化物表现类型分为CuAl 2型正方点阵结构与FeB型正交点阵结构两种硼化物形态。其中,CuAl 2型正方点阵结构硼化物像Fe 2 BTi 2 BW 2 BMo 2 B等,一般在硼含量达到8.84%时就会形成以上化合物形态,而FeB型正交点阵结构两种硼化物像FeBTiBWBMoB等,在硼含量增加至16.23%左右时就会形成以上硼化物形态。此外,不同类型的硼化物与碳化物、氮化物之间具有有限溶解关系,能够形成相对复杂的硼化物,比如钢中Fe 3 C能够在大量溶入硼原子与碳原子进行置换情况下,形成Fe 3 B 0.3 C 0.2类型的硼碳化合物等。

2微量元素硼对碳钢组织及性能影响分析

微量元素硼对钢的淬透性影响是随着钢中硼含量变化存在一定的变化规律的,一般情况下,在钢中有效硼含量达到0.001%0.003%时,其淬透性作用及影响最为强烈。其中,硼含量对钢的淬透性作用主要表现为对钢的组织以及性能影响上。

2.1微量元素硼对碳钢组织影响

首先,微量元素硼对钢的组织影响表现为对钢晶粒尺寸以及组织组成物的影响上。微量元素硼在低碳钢中含量增加能够促进其晶粒粗化,而其在合金钢中含量增加则具有促进其晶粒细化的作用,因此,能够对钢的晶体尺寸产生影响。有研究显示,低碳钢中,酸溶硼的质量分数在0.005%以上时,其晶粒尺寸会出现明显变大反应,因此证明了低碳钢中硼含量增加能够促进晶粒粗化。这是由于硼的加入大能够促进奥氏体温度提高,因此,钢中硼一部分与碳结合形成硼碳化物,另一部分以硼相存在,其中硼碳化物在温度升高变化过程中先溶解在奥氏体中,对奥氏体晶粒长大并未产生影响,但是,在温度上升达到一定条件时,硼相在晶界的析出,并且在奥氏体温度较低情况下,没有完全溶解在奥氏体,而残留非连续硼相就会对晶粒长大产生阻碍,提高奥氏体温度时,硼相完全溶解使阻碍作用消除,出现晶粒迅速增大变化,这种变化及传递影响促使低碳钢的平均晶粒尺寸呈现变大反应。

此外,微量元素硼对钢组织组成物的影响表现为硼含量增加能够实现碳钢中铁素体组织形成抑制,这是由于奥氏体内溶解硼在其晶界与亚晶界分布为主,对该区域自由能形成降低影响,从而对铁素体在这些易于形核区域的形成率产生抑制影响。比如,在高碳钢中加入适量的硼能够获取较高硬度的马氏体以及硼化物的复相组织,实现高碳钢耐磨性与强韧性改善提升。

2.2微量元素硼对碳钢性能影响

微量元素硼对碳钢的性能影响主要表现为硼含量对碳钢强度、塑韧性以及加工硬化性能的影响。其中,硼含量对碳钢强度的影响表现为,在不同成分钢中加入微量元素硼能够起到晶粒尺寸细化与粗化两种不同作用,因此,对钢的强度变化产生不同的影响。比如,在低碳钢中加入微量元素硼能够有效降低其屈服与抗拉强度,这是由于在低碳钢中加入微量元素硼具有促使铁素体晶粒尺寸变大的作用,根据这种变化关系与低碳钢屈服强度计算方式就可以得出微量元素硼加入在促使低碳钢晶粒粗化同时,导致其屈服强度明显降低。

其次,微量元素硼对碳钢塑韧性影响表现为在碳钢中加入适量的硼,能够有效提升其塑韧性,但是在硼含量超出一定范围时,碳钢组织中产生硼相就会导致其塑韧性降低。一般情况下,50B钢的硼含量在0.003%以下时,其组织中就基本不产生硼相,在超出该范围时就会形成明显的硼相,降低钢的塑韧性。此外,微量元素硼对碳钢加工硬化性能的影响表现为,在碳钢中加入硼,能够降低其加工硬化性能,有研究显示,与不含硼钢相比,如果其材料中其他成分一致的情况下,含硼钢的加工硬化性能明显降低13.78MPa左右。由此可见,硼含量加入具有降低碳钢加工硬化性能的影响。

2.3微量元素硼在不锈钢厚壁管的作用影响

结合上述对微量元素硼在碳钢组织与性能的作用影响分析,结合不锈钢厚壁管的性能特点,在不锈钢厚壁管中加入硼能够实现其不锈钢热塑性以及耐敏化态晶间腐蚀性能,从而促进刚在硝酸中的腐蚀作用加快。需要注意的是,在硼含量超出一定标准时,还会导致钢中低熔点硼化物形成,从而导致不锈钢热加工性能与塑韧性降低。此外,在不锈钢厚壁管中加入硼,还能够促进不锈钢热中子吸收能力提升,便于不锈钢厚壁管热加工以及冷成形、焊接等工艺开展。其中,不锈钢中硼含量需要维持在1.2%以下。

3结语

总之,对微量元素在不锈钢厚壁管组织与性能的影响分析,有利于通过对微量元素在不锈钢厚壁管组织与性能的作用把握,通过有效的工艺技术,促进不锈钢厚壁管组织与性能改善,具有十分积极的作用。

文章作者:不锈钢管|304不锈钢无缝管|316L不锈钢厚壁管|不锈钢小管|大口径不锈钢管|不锈钢换热管

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