气体保护对310S不锈钢薄板焊接氢致脆的抑制研究

为提升310S不锈钢的抗腐蚀性能,并分析气体保护在焊接氢致脆的抑制效果。采用实验分析的方法,重点进行氢含量分析、焊缝质量分析、机械性能分析。研究结果发现,在纯氩保护条件下,氢含量明显低于在氩气混合物保护条件下的水平;在纯氩保护条件下,焊缝中未观察到明显的气孔和夹渣,微观结构均匀;在拉伸测试中,纯氩保护条件下的焊接接头具有更高的强度,这与其低氢含量和出色的焊缝质量相一致。说明气体保护在310S不锈钢薄板焊接中具有明显的抑制氢致脆性的效果;在纯氩保护条件下,焊缝质量卓越,几乎没有焊接缺陷,微观结构均匀;气体保护条件对焊接接头的机械性能产生显著影响。

310S奥氏体不锈钢管子管板焊接

本文介绍了310S奥氏体不锈钢管子管板GTAW焊接试验,通过采用低应力结构的焊接接头、小电流焊接、严格控制层间温度等措施,避免焊接热裂纹的产生。焊后对管头进行PT、RT检测,检测结果合格;对管头进行宏观金相试验、微观金相试验、《金属和合金的腐蚀奥氏体及铁素体—奥氏体(双相)不锈钢晶间腐蚀试验方法》(GB/T 4334—2020)标准中的C法晶间腐蚀试验,试验结果满足标准的要求。

冷轧及退火对310S奥氏体不锈钢的微观结构和组织的影响:基于X射线和电子背散射衍射分析

本文研究了热处理对310S奥氏体不锈钢的微观结构和组织的影响。对样品材料进行冷轧,使其厚度分别减少20%、50%和90%,然后在1023、1223和1323 K下退火5、15和30 min。在厚度减少20%后,奥氏体内产生孪晶,且可观察到形变诱发的α’马氏体,孪晶的体积分数大于α’马氏体。当厚度变化由50%增加到90%,α’马氏体的体积分数由11%增加到69%,孪晶被α’马氏体取代。发生形变后奥氏体相主要为Brass、Goss和S织构,α’马氏体的主要纹理为R-Cu、R-cube、F和E组份。随着形变量增大,Brass织构增加,Goss织构减少。退火过程中,马氏体向奥氏体转变,并发生了再结晶,使Goss和Brass再结晶织构的体积分数增加。材料退火后的结构与冷轧后的大致相同。1223 K下退火5 min的马氏体转变速度明显高于1023 K下的。在1023 K下退火5 min,由于马氏体不完全转变和初级再结晶,未能检测到等轴组织。获得超细晶粒组织的最佳退火温度为1023 K,退火时间为15 min。在1173 K和1273 K时出现快速再结晶和晶粒生长。

基于响应曲面法的磁力研磨310S不锈钢参数优化

采用磁力研磨光整加工技术(MAF)提高310S不锈钢工件的表面质量,探讨3种工艺参数对其表面粗糙度的影响规律。通过主轴改造后的XK7136C数控铣床作为加工平台,基于响应曲面方法,采用雾化快凝法制备的Al_(2)O_(3)球形磁性磨料对310S不锈钢进行研磨实验研究。以磁力研磨后的表面粗糙度值(R_(a))为响应值,对实验过程中的主轴转速、进给速率和加工间隙进行优化,在主轴转速为1720 r/min,进给速度为16 mm/min,加工间隙为1.8 mm的条件下恒定研磨30 min,工件的表面粗糙度值由初始的0.350μm下降至0.039μm,表面粗糙度模型预测值为0.044μm,实验实际值与预测值误差为11.3%。残余压应力由初始的-289 MPa增加至-391 MPa,结果表明:磁力研磨后工件表面凹坑、毛刺和划痕均被去除,表面质量得到极大地改进。

310S不锈钢导流筒对工作磁场磁感应强度分布的影响

应用B-H（J-H）测定仪分别对拉伸、压缩变形后的310S不锈钢和310S不锈钢焊接件导磁性能进行测试,结果表明,3%~15%变形率的310S磁导率μ=1.0,没有形成典型的磁滞回线;线性回归后,剩磁Br=0.0055~0.117GS,属弱磁性材料,但比空气导磁性要强.承受90~120t压力压缩变形后的310S不锈钢板,其导磁性能与拉伸变形后的310S相似,属弱磁性材料.310S不锈钢焊接件磁导率μ=1.0~1.2,有典型的磁滞回线,最大磁导率平均值为1.044,圆柱永磁体能被吸引而发生滚动,导磁性能明显增强.应用XYZ三维磁场扫描仪对不锈钢有缝管内腔磁感应强度进行测试,结果表明,310S不锈钢有缝管（φ273×4×200）对磁感应强度分布的影响属千分之一级的.

奥氏体耐热不锈钢310S的抗高温氧化性能研究

采用增重法研究了奥氏体耐热不锈钢310S在700、900和1000℃空气中高温氧化动力学,并结合X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)及能谱分析(EDS)等手段,对氧化膜的形貌和组成进行了分析。结果发现,700℃时氧化速率比较稳定且氧化增重较小,其余温度下氧化增重较大且遵循抛物线规律。该钢中Cr在高温时容易形成FeO·Cr2O3、FeO·Fe2O3和尖晶石结构(FeCr2O4,NiCr2O4)等保护性氧化膜,是310S钢具有良好的抗高温氧化性能的重要原因。

不同Al含量的310S耐热钢热轧加工后的组织和力学性能

通过压力机和热轧机对WS-4非自耗真空电弧炉熔炼制备的Al质量分数为0、2%、4%、6%的310S耐热钢进行开坯轧制,用光学金相显微镜观察金相组织,用EPMA-1600电子探针分析组织中各元素分布,结合EPMA能谱分析确定合金中的相组成,并测定室温拉伸性能.结果表明:随着Al含量的增加,钢中碳化物的数量明显减少,且形态逐渐由团聚状向颗粒状转变;部分Al元素以Al4C3相的形式出现富集,且Al元素含量越高富集现象越严重;合金的屈服强度略有降低,Al质量分数为2%的合金具有最高的抗拉强度及延伸率.各成分合金的综合力学性能明显高于国家标准对热轧310S板材的要求.

Al元素对310S耐热钢高温压缩性能的影响

通过WS-4非自耗电弧炉熔炼制备Al质量分数2%～10%的耐热不锈钢310S,用Mef3光学金相显微镜和XRD研究其显微组织,采用Thermechastor-W热/力模拟试验机对所制备合金的高温压缩性能进行研究.结果表明,随着Al含量的增加,碳化物由网状转变为细小颗粒组成的不连续网状,最终转变为颗粒状,基体在含Al质量分数大于6%时由γ相转变为α相.不同Al含量的合金流变应力范围基本一致,合金的高温屈服强度由未添加Al元素时的74 MPa先降低至61 MPa后开始升高,在Al质量分数为6%时达到最大值86 MPa,之后高温屈服强度逐渐降低,加Al后合金热加工性能并未显著改善.

Al元素对310S耐热钢组织和力学性能的影响研究

通过WS-4非自耗真空电弧炉熔炼制备了加Al 2%~10%(质量分数)的耐热钢310S(Cr25Ni20),用光学金相显微镜观察了金相组织,用EPMA-1600电子探针分析了组织中各元素的分布,结合D8 ADVANCE型X射线衍射确定了合金中的相组成,并进行了室温压缩和硬度力学性能试验。结果表明,随着铝含量增加,碳化物由连续条状转变为质点状;Al元素固溶于基体中,基体相为γ相;当Al含量大于6%时,基体相为α相,合金脆性大幅提高,合金由塑性材料转变为脆性材料。

310S耐热不锈钢连铸板坯表面纵裂分析和工艺改进

310S奥氏体耐热不锈钢(%:0.05C、24.5Cr、19.3Ni)导热性差[100℃导热系数0.029×4.18J/(cm·℃)],200 mm×(950～2 150)mm连铸板坯易产生纵裂纹(宽0.1～10 mm,深1～20 mm)。通过采用熔点1 085℃的保护渣(ST-SP/310)替代熔点1 120℃的保护渣(ST-SP/810),结晶器宽面和窄面的冷却水流量分别从4 500 L/min和460 L/min降至4 300 L/min和430 L/min,钢水过热度从30～45℃降至20～35℃,拉速从0.95m/min降至0.80～0.90 m/min,铸坯质量明显改善,消除了表面纵裂。

固溶和稳定化处理后Zr-Mo微合金化310S不锈钢的显微组织和耐腐蚀性能

制备了Zr-Mo微合金化310S不锈钢并进行了不同温度(1 050~1 150℃)固溶处理以及1 150℃固溶+不同温度(950~1 1050℃)稳定化处理,研究了不同热处理后试验钢的显微组织和耐腐蚀性能。结果表明:固溶处理后,试验钢的显微组织为均匀的奥氏体等轴晶,且晶粒内有大量退火孪晶,晶界或晶内析出条状或球形颗粒状(Zr,Mo)C相和块状Zr(C,N)相;1 150℃固溶+不同温度稳定化处理后试验钢的显微组织与固溶态的相似,但析出相数量增多,且在950℃稳定化处理后,晶界上析出了大量的链球状M23C6相;950~1 050℃的稳定化处理对试验钢的耐均匀腐蚀性能影响不大;随着稳定化温度的升高,试验钢的晶间腐蚀敏感性降低,耐晶间腐蚀能力增强。

Ti、Zr微合金化310S不锈钢的制备研究

通过双真空熔炼、锻造、热轧、固溶和稳定化处理,制备出目标成分为:310S+0.25%Ti+0.2%Zr的Ti、Zr微合金化改性310S不锈钢板材。采用扫描电镜(SEM)及能谱分析(EDS)对不锈钢板材制备过程中各阶段的材料样品进行显微组织分析,并采用材料万能试验机(MTS)对不锈钢板材进行拉伸性能试验。结果表明,该改性不锈钢板材的平均晶粒尺寸为30μm,晶界和晶内析出物主要为ZrC;该材料在常温和高温下强度和塑性良好。通过与相关研究对比表明,与单一元素(Ti或Zr)微合金化改性310S不锈钢相比,2种元素(Ti+Zr或Ti+Nb)微合金化改性310S不锈钢平均晶粒尺寸较小,常温和高温拉伸强度较大;合金元素的添加对310S不锈钢强度的提高效果依次为Nb>Ti>Zr。

310S钢在炼油厂高温下服役性能研究

上海高桥石化分公司炼油厂2套催化裂化装置烟气轮机入口管道,在1994年改造时,改为用310S钢板焊制。由于310S钢的Cr(铬)含量较高,在高温长期使用,会产生σ相,导致材质性能劣化。试验表明,通过加热到1150℃保温20min的固溶处理,可使材质性能(包括焊缝)得到基本恢复。该文同时指出,316钢在700℃高温长期使用,也存在脆化问题。

310S不锈钢蠕变性能的高温压痕试验分析

针对310S不锈钢蠕变性能开展650℃下的高温压痕蠕变和单轴蠕变试验研究,在对比压痕深度时间曲线和单轴蠕变应变时间曲线的基础上,讨论不同载荷下球形压痕蠕变变形规律。在考虑弹塑性变形的同时,修正球形压痕蠕变分析模型,预测310S不锈钢蠕变指数和变形。结果表明:压痕蠕变试验技术可以合理评价310S不锈钢的高温蠕变性能;随着蠕变时间的延长,压痕蠕变呈现蠕变减速阶段和近似的稳态蠕变阶段;随着载荷的增加,弹塑性变形速率和蠕变变形速率显著上升,呈现显著的载荷相关性;小变形条件下,球形压痕蠕变分析模型所得的蠕变指数与单轴蠕变试验结果具有较高的一致性,以此为基础可以实现310S不锈钢蠕变归一化曲线的合理预测;建立不同压痕深度下压痕蠕变时间与载荷的关系,可以为压痕蠕变变形外推提供参考。

310S不锈钢石墨防护套环的制备与研究

太阳能热发电中的Al-12.07%Si共晶合金储能材料在高温下有很强的腐蚀作用,研究中采用石墨套环包覆310S不锈钢换热管,使换热管与熔融铝硅合金隔离来解决储能材料的腐蚀作用。结果表明,石墨良好的抗腐蚀性将保护换热管不受熔融铝-硅合金的腐蚀。

深冷处理对310S不锈钢酸腐蚀磨损性能的影响

研究了AISI 310S不锈钢经过深冷处理之后,在0.5 M的H_2SO_4溶液中表现出不同的耐酸腐蚀磨损性能。通过XRD、SEM、EDS分析及MFT-5000型摩擦试验机磨损试验等,考察了不同深冷处理时间对试样耐腐蚀磨损性能的影响。结果表明,深冷处理之后,材料的耐酸腐蚀性能提高,且深冷处理4 h时,样品的耐酸腐蚀性能达到最佳值,相比于未深冷处理,自腐蚀电位从-0.333 V提高到-0.295 V,提升11.4%;同时,材料的耐酸腐蚀磨损性能也得到提高,在深冷时间4 h时磨损率达到最低值59×10^(-6)mm^3/Nm,相比未深冷处理样品93×10^(-6 )mm^3/Nm,磨损率降低57.6%,表现出最佳的耐腐蚀磨损性能。

环形炉内罩用310S耐热不锈钢的蠕变寿命预测

在同一温度、不同应力下对钢厂环形炉内罩材料310S不锈钢进行蠕变试验,建立了310S钢在该温度下不同应力的寿命曲线方程,采用两种不同的寿命预测方法(θ-投影法和L-M参数法)对该钢的蠕变寿命进行了预测,并与实际使用寿命进行了对比。结果表明:两种预测方法的预测结果基本一致,吻合较好,但θ-投影法的预测结果更准确。

用于自动化生产线中机器人焚烧支撑板的310S不锈钢的断裂失效分析

通过宏观观察、微观组织与结构表征和化学成分分析,研究了310S不锈钢支撑板的断裂失效行为,分析其失效原因。结果表明,310S不锈钢支撑板断裂失效的根本原因是短时超高温引起的高温氧化腐蚀。

不同铝含量的氩弧焊310S耐热钢板材焊接接头力学性能分析

传统的310S耐热钢焊接板材在高温下长期使用将破坏其合金表面形成的致密保护性氧化膜,使其抗高温和耐腐蚀性能降低,从而限制了其在一些苛刻复杂环境下的应用。在310S耐热钢板材中增加铝元素含量将有效提高其焊接板材在高温条件下的力学性能。采用手工钨极氩弧焊对不同铝含量的310S耐热钢板材进行焊接,利用光学金相显微镜和电子探针(EMPA)对不同铝元素含量的310S耐热钢板材焊接接头在高温条件下的力学性能进行实验研究。研究结果表明:高铝元素含量的310S耐热钢板材具有与母材一样优良的高温力学性能。同时,加铝后310S耐热钢板材具有良好的焊接性能,且无宏观裂纹、夹渣、气孔等缺陷。

强碳化物形成元素与碳的配比关系和稳定化处理对310S奥氏体不锈钢析出相行为的影响

高Cr/Ni含量的奥氏体不锈钢由于具有优异的综合性能而有望被用作超临界水冷堆的燃料包壳材料,但是该类奥氏体不锈钢存在组织稳定性差的问题,即在873~1123K温度下长期时效后晶界上会析出大量的Cr23C6和σ相,从而导致材料的脆化和晶间腐蚀。为了提高该类不锈钢的高温组织稳定性,本工作系统研究了强碳化物形成元素M(M=Nb、Ti、Ta和Zr)与C的配比关系以及稳定化处理工艺对310S高温下析出相行为的影响。设计合金采用铜模快冷技术吸铸成直径为6mm的棒材,并对其进行1473K/0.5h固溶处理、1173K/0.5h稳定化处理(部分样品)、1073K/24h时效处理。分别采用OM、SEM-EDS、EPMA和TEM等手段对合金不同热处理状态的析出相进行表征。研究结果表明,M的加入均能促进MC粒子的析出,促进效果为Ta>Nb/Ti>Zr,且M与C的最佳比例关系为1/1(原子比);当M与C的原子比为2/1时会促进脆性相σ析出,而当M与C的原子比为1/1时,1073K/24h时效后晶界上只有Cr23C6析出。稳定化处理能使MC优先析出,可减少时效过程中粗大Cr23C6的析出量。本工作为超临界水冷堆燃料包壳材料的开发提供了有效的基础数据支撑,并为下一步的工作指明了方向。