N、Nb合金化对309S奥氏体不锈钢腐蚀性能的影响

目的以高放废液封装容器材料309S奥氏体不锈钢为研究对象,通过N、Nb联合添加改善不锈钢在Cl~-环境中的耐蚀性能,并探究N、Nb元素对不锈钢耐蚀性能的影响机理。方法采用扫描电镜、X射线衍射、形状测量激光扫描系统、X射线光电子能谱等手段,对不锈钢的微观组织及钝化膜成分进行分析,从击穿电位、极化电阻及腐蚀形貌等方面揭示了N、Nb元素对不锈钢耐腐蚀性能的影响机理。结果N的添加可以促进含Nb钢中耐蚀的Nb(C,N)析出以及难溶的Nb_(2)O_(5)腐蚀产物形成。同时,部分N转化为NH_(3)/NH_(4)^(+),提高局部pH,有利于表面再钝化。因此,N、Nb联合添加的309S不锈钢展现出优异的耐蚀性能。相比商用309S不锈钢,添加0.17%(质量分数)N和0.45%(质量分数)Nb的不锈钢在3.5%(质量分数)Na Cl溶液中击穿电位由0.20 V提升至0.96 V,自腐蚀电流密度从2.529×10^(-7)A/cm^(2)减小到0.793×10^(-7)A/cm^(2)。6%FeCl_(3)-0.16%HCl(质量分数)溶液浸泡腐蚀120 h后,N、Nb联合添加的不锈钢点蚀坑数目最少,平均表面粗糙度(S_(a))、最大点蚀坑宽度(W_(max))和最大点蚀坑深度(D_(max))均最小,展现出良好的耐蚀性能;仅添加Nb不添加N的不锈钢其击穿电位略低于309S不锈钢,S_(a)最大,点蚀坑向纵深方向扩展严重。结论N、Nb联合添加能有效抑制点蚀坑的萌生与扩展,显著提高不锈钢耐腐蚀性能,而单独添加Nb效果较差。

固溶处理对309S不锈钢组织和力学性能的影响

通过拉伸试验和显微硬度测试,光学显微镜和扫描电镜观察,研究了固溶处理对309S奥氏体不锈钢组织和力学性能的影响。结果表明,在固溶处理后,铁素体含量由11.6%降低到7.3%;随固溶温度升高和时间延长,碳化物逐渐溶解,奥氏体晶粒逐渐长大;强度和显微硬度随着保温时间的增加逐渐降低;309S不锈钢经1 100℃×20min保温+固溶处理,水冷后其屈服强度、抗拉强度分别达到259.71 MPa和575.31 MPa,伸长率为58.4%,显微硬度(HV_(0.2))为178.7;拉伸试样断口呈现出以韧窝为主的断口形貌,塑性高于热轧板。

铌(Nb)对309S奥氏体不锈钢组织与性能的影响规律

利用Thermo-Calc软件计算Nb对309S(Fe-22Cr-14Ni-2Mn-0.5Si-0.3V-0.07C-0.07N)奥氏体不锈钢相组成的影响。高温下(1100℃左右)Nb与C形成NbC,随着Nb含量的增加,NbC的量增加,析出温度升高;当Nb含量达到0.28wt.%时,NbC相开始从液相中析出。研究了四种不同Nb含量的合金,经1100℃固溶处理后,显微组织观察表明,合金中NbC的析出量随Nb含量的增加而增加,实验结果与Thermo-Calc计算结果一致。高温拉伸试验结果表明:添加0.54Nb的合金比不添加Nb的合金在600℃、700℃、800℃的抗拉强度分别提高了30M Pa、32M Pa和22M Pa,屈服强度分别提高了27M Pa、39M Pa、16M Pa。

309S耐热不锈钢蠕变行为及寿命预测

以工业化生产的309S奥氏体耐热不锈钢为研究对象,在不同温度和应力条件下进行单轴拉伸蠕变实验。结果表明:700℃/100 MPa蠕变断裂时间最长为480.13 h,蠕变曲线有明显的3个阶段;800℃/100 MPa蠕变断裂时间最短为4.61 h,蠕变曲线只有第3阶段,直至断裂。扫描电子显微镜(SEM)观察分析表明,蠕变断口为穿晶韧窝型断口。309S耐热不锈钢的蠕变行为符合幂律关系,在700和800℃条件下的蠕变应力指数分别为9.97和6.80;700℃时,蠕变机制为位错绕过第二相粒子的Orowan机制;800℃时,蠕变机制主要是位错的滑移和攀移。50 MPa条件下的蠕变表观激活能为414.84 kJ/mol。基于Larson-Miller参数法和Kachanov-Robatnov蠕变损伤法建立了309S耐热不锈钢700和800℃的蠕变寿命预测模型,通过实验验证Larson-Miller参数法预测精度明显高于Kachanov-Robatnov蠕变损伤寿命预测模型。