不銹鋼管抗腐蝕耐高溫及強(qiáng)度高特性分析

  隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，生活水平的不斷提高，人們對(duì)不銹鋼管抗腐蝕、耐高溫、強(qiáng)度高、表面精美等優(yōu)良特性的認(rèn)識(shí)逐步深入，不銹鋼管產(chǎn)品開始被大量應(yīng)用于建筑、能源、環(huán)保、石化、城市景觀、交通、醫(yī)療、餐飲等各個(gè)領(lǐng)域。不銹鋼管產(chǎn)品的表觀消費(fèi)量的快速增長(zhǎng)，促使國(guó)內(nèi)不銹鋼工業(yè)迅速發(fā)展。目前，我國(guó)已經(jīng)發(fā)展成為世界上最大的不銹鋼管生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)。然而鎳資源的匱乏，已經(jīng)成為制約我國(guó)不銹鋼產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的瓶頸。我國(guó)2011～2020年的鋼鐵產(chǎn)品發(fā)展綱要中明確指出，發(fā)展低鎳、低成本環(huán)保型不銹鋼管產(chǎn)品是其主要任務(wù)之一。因此，從我國(guó)國(guó)情出發(fā)，開發(fā)節(jié)鎳型不銹鋼已經(jīng)成為重要課題。200系列不銹鋼正好屬于以錳、氮代鎳的節(jié)鎳型奧氏體不銹鋼。這正好與我國(guó)資源分布相適應(yīng)。因此，從節(jié)約資源、降低生產(chǎn)成本、綜合利用優(yōu)勢(shì)資源等方面考慮大力推廣200系列不銹鋼，對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展具有十分重要的戰(zhàn)略意義。

  201不銹鋼作為200系列不銹鋼中的一個(gè)典型品種，由于具有較好的機(jī)械性能，且能夠滿足于污染小或一般腐蝕的條件。適宜在中西部干旱地區(qū)或家庭消費(fèi)品領(lǐng)域使用。隨著西部經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，201不銹鋼管的應(yīng)用領(lǐng)域仍會(huì)增加。氮作為大自然中一種豐富而且廉價(jià)的非金屬合金元素加入到奧氏體不銹鋼管中，不但能達(dá)到穩(wěn)定奧氏體組織的目的、而且在力學(xué)性能和耐局部腐蝕性能方面有驚人的提高，另外，氮的加入還可以增加鋼由于形變誘發(fā)馬氏體組織形成的阻力，降低導(dǎo)磁系數(shù)等。因此氮合金化的作用越來越受到人們的重視。

 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，高放廢物也隨之大量增加。為了安全有效必須妥善處理高放廢物，有學(xué)者提出將高危高放廢物高溫熔融后澆注到容器中密封然后做填埋處理。310S不銹鋼管具有良好的加工性能和力學(xué)性能，是接收容器的首選材料，但310S不銹鋼管在高溫下僅依靠固溶強(qiáng)化，強(qiáng)度不足。為了提高310S不銹鋼管高溫力學(xué)性能，本研究提出在310S不銹鋼管中的基礎(chǔ)上添加鈮元素來提高其高溫強(qiáng)度的思路。為此，本文首先利用Thermo-Calc熱力學(xué)軟件設(shè)計(jì)了一系列含鈮新型奧氏體耐熱鋼，對(duì)不同鈮含量的奧氏體耐熱鋼的顯微組織、力學(xué)性能以及熱加工性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究。論文主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下：

 1. 利用熱力學(xué)計(jì)算軟件Thermo-Calc，設(shè)計(jì)了一系列不同鈮含量的新型奧氏體耐熱鋼。在此基礎(chǔ)上，通過真空感應(yīng)爐和氣體保護(hù)澆注制備了鈮含量為0、0.036%、0.12%、0 .32%和0.54%的新型奧氏體耐熱鋼，通過金相顯微鏡和掃描電鏡對(duì)鍛后組織觀察表明熱力學(xué)計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合良好。

 2. 對(duì)不同鈮含量新型奧氏體耐熱鋼進(jìn)行固溶處理后，測(cè)試了不同鈮含量新型奧氏體耐熱鋼的室溫和高溫力學(xué)性能。結(jié)果表明：隨著Nb含量增加材料室溫強(qiáng)度變化不大，但高溫強(qiáng)度逐漸提高，達(dá)到了通過添加Nb元素來提高材料高溫強(qiáng)度的目標(biāo)。同時(shí)，Nb的添加會(huì)略微降低材料的室溫沖擊韌性。

 3. 采用Gleeble熱模擬壓縮實(shí)驗(yàn)，研究不同鈮含量奧氏體耐熱鋼的在900~1200℃溫度范圍內(nèi)和應(yīng)變速率下的熱變形特征。根據(jù)雙曲正弦模型建立參數(shù)與峰值應(yīng)力的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)隨著Z值的增加，材料的峰值應(yīng)力也增加，同時(shí)材料的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶也越難發(fā)生。利用Laasraoui和jonas模型建立高溫應(yīng)力-應(yīng)變模型，發(fā)現(xiàn)在相同應(yīng)變速率和相同溫度條件下，材料的峰值應(yīng)力、穩(wěn)態(tài)應(yīng)力以及飽和應(yīng)力隨著鈮含量升高而提高；同時(shí)鈮會(huì)抑制動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，提高材料熱變形激活能。結(jié)合動(dòng)態(tài)材料模型和連續(xù)失穩(wěn)判據(jù)，繪制了不同鈮含量的奧氏體耐熱鋼的熱加工圖。

 4. 以0.32%鈮材料為載體，研究了材料中鈮(碳,氮)對(duì)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶抑制機(jī)制。使用ECCI觀察熱壓縮變形試樣組織，發(fā)現(xiàn)鈮(碳,氮)析出相有效釘扎了材料在熱變形中位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)。