HYDROGEN ATTACK ON AUSTENITIC STEEL 304 UNDER HIGH TEMPERATURE AND HIGH PRESSURE

The hydrogen attack of austenitic stainless steel 304 exposed to hydrogen under the pressure of 5 MPa at 733 K for 2×10~4 h in service was detected.The microstructure has been studied by SEM and TEM.Hydrogen was determined with molten samples which had tempered at.573,673,773,873,and 973 K for 6 h.The results showed that hydrogen attack in this steel was due to methane bubbles which resulted in occuring of Cr_(23)C_6.Thermodynamic analysis of hydrogen attack for stainless steel 304 was discussed.

原位充氢-拉伸载荷作用下304不锈钢氢脆行为及显微组织表征

搭建了原位电化学充氢—慢应变速率拉伸载荷平台,模拟真实临氢环境—载荷环境,研究了原位充氢对304奥氏体不锈钢氢脆敏感性的影响。结果表明:相比传统预充氢拉伸实验,304奥氏体不锈钢经原位电化学充氢拉伸后呈现较低的强度和更高的氢脆敏感性,未发生明显马氏体相变;试样在变形早期即发生严重氢致断裂,对实际临氢环境服役条件下不锈钢氢脆行为研究和应用具有参考价值。

SS304和Q235异种钢搅拌摩擦焊接头腐蚀有限元模拟

针对异种金属焊接接头易于发生电偶腐蚀,基于腐蚀电化学原理,将动电位极化曲线参数和金相组织面积比例等作为边界条件,采用有限元分析软件COMSOL对Q235低碳钢和304不锈钢(SS304)异种钢FSW接头不同区域腐蚀行为进行了预测,研究了焊接接头不同区域宏观和微观电偶腐蚀电位分布和电流密度的变化规律。结果表明,在宏观电偶腐蚀中,腐蚀深度的最大值位于SS304后退侧(RS_(304))与搅拌区(SZ)的交界处,约为Q235低碳钢母材(BM_(Q235))的5倍,各区电流密度随腐蚀时间的增长而增大,在微观电偶腐蚀中,腐蚀深度的最大值位于SS304侧搅拌区(SZ_(304))与Q235侧搅拌区(SZ_(Q235))的交界处,约为BM_(Q235)的1.2倍,并且珠光体组织面积比例越大,耐蚀性越差。采用该有限元模型可以预测异种钢搅拌摩擦焊接头不同区域的腐蚀行为。

高温环境下模拟CO_(2)驱采出液中304不锈钢的腐蚀行为

现阶段随着CO_(2)驱油技术的普遍使用,采出液中CO_(2)的含量不断上升,使得采出系统中金属管道的腐蚀程度逐渐增大。为了掌握304不锈钢在高温环境下CO_(2)驱采出液中的腐蚀行为,室内配制了模拟CO_(2)驱采出液,测试了304不锈钢在高温环境下不同含量CO_(2)、不同腐蚀时间下的金属腐蚀速率,并对不同腐蚀时间下金属表面的微观形貌和腐蚀产物组成进行了表征。结果表明,随着CO_(2)含量和腐蚀时间的不断上升,金属的腐蚀速率上升;随着腐蚀时间的上升,金属表面的腐蚀产物逐渐增加,发生了局部区域析氢腐蚀过程;腐蚀产物膜主要由Fe_(2)O_(3)、Cr_(2)O_(3)和FeCO_(3)组成。

304不锈钢氩氧脱碳精炼过程中炉渣成分预测模型

针对304不锈钢氩氧脱碳(Argon-Oxygen Decarburization,AOD)精炼过程中存在炉渣成分难以测量等问题,本研究综合考虑了顶枪吹氧、供气比例变化、物料熔化速度以及初始渣量对渣-钢反应和精炼炉渣成分的影响,建立了炉渣成分预测模型,并用于计算精炼过程中的炉渣和钢液成分变化。此模型计算的渣成分与钢液硫含量与实测值吻合较好,AOD精炼终点渣中SiO_(2)含量平均偏差为1.434%,CaO含量平均偏差为1.848%,Cr_(2)O_(3)含量平均偏差为0.080%,MnO含量平均偏差为0.016%,钢液终点S含量平均偏差为0.002%。

6A01-T5铝合金/304不锈钢的缝隙腐蚀行为研究

目的 研究6A01-T5铝合金和304不锈钢异种金属间的缝隙腐蚀行为规律。方法 采用常温常压浸泡腐蚀方法,结合SEM、EDS、XRD和白光干涉检测,对6A01-T5铝合金/304不锈钢缝隙结构在碱性Na Cl溶液中的腐蚀行为进行研究。结果 6A01-T5铝合金/304不锈钢缝隙腐蚀表现为在缝口处产生沿缝口方向的凹陷渠,在缝内,以局部减薄和腐蚀坑为主,并随着腐蚀时间的延长,腐蚀程度逐渐加重。不同区域腐蚀产物的形貌和成分组成不尽相同,缝外暴露区的腐蚀产物表现为晶体颗粒状,主要成分为Ca CO3和Al(OH)3等铝的腐蚀产物。缝口附近沿缝口方向形成一层有明显界线的腐蚀产物覆盖层,缝隙内部的腐蚀产物相对较少,表现为尺寸相对较小的结块,主要成分为Al(OH)3等铝的腐蚀产物。结论 在6A01-T5铝合金与304不锈钢非电连接情况下,6A01-T5铝合金/304不锈钢缝隙内2种金属分别独立发生缝隙腐蚀,因2种金属在腐蚀过程中争夺O2,使得304不锈钢对6A01-T5铝合金的缝隙腐蚀起到抑制作用。

84消毒液对304不锈钢腐蚀的影响

目的 探究84消毒液对304不锈钢腐蚀行为的影响及其腐蚀机理。方法 采用数码相机和三维视频显微镜对304不锈钢进行宏观与微观腐蚀形貌观察,结合电化学测试分析研究84消毒液对304不锈钢腐蚀行为的影响。结果 在喷洒试验初期,在不锈钢表面可观察到少量较浅的点蚀坑生成,腐蚀电位升高,腐蚀电流密度下降。随着喷洒时间的延长,试验后期,点蚀坑增加和变大,腐蚀电位降低,腐蚀电流密度提高,304不锈钢的耐腐蚀性能降低,腐蚀速率提高。结论 大气环境下喷洒84消毒液,304不锈钢发生局部腐蚀。试验初期,NaClO促进了不锈钢钝化膜的形成,腐蚀速率下降。随着喷洒时间的延长,NaClO被还原形成的Cl^(–),使钝化膜发生破裂,促进了不锈钢的点蚀。

304不锈钢表面激光熔覆Inconel625涂层组织与性能分析

目的解决不锈钢零部件在热电厂中由于腐蚀和磨损造成的资源浪费和设备报废等问题,通过表面改性的方式来提高不锈钢零件的耐磨耐腐蚀性能。方法利用激光熔覆技术在304不锈钢表面制备Inconel625涂层,利用工业显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、超景深仪器等设备,系统地探究熔覆层表面形貌、显微组织、元素分布、表面粗糙度。采用显微硬度计、摩擦磨损仪、电化学工作站等设备,检测熔覆层的硬度分布规律、耐磨和耐腐蚀特性。结果单因素试验最佳工艺参数为激光功率1200 W、送粉率10 g/min、扫描速度14mm/s。熔覆层底部到顶部组织,主要以不同形态的典型树枝晶组织为主,以及少量胞状晶。熔覆层物相组成主要包括FeCr_(0.29)Ni_(0.16)C_(0.06)、NbC、Cr_(2)Ni_(3)、Mo_(2)C。涂层硬度较基体大幅提升,涂层最高硬度值达425.48HV0.2,约为基体的1.8倍,涂层的磨损量为2.4 mg,约为基材磨损量(4.4 mg)的55%,摩擦系数平稳,变化幅度较小,耐磨性能较基体显著提高。电化学腐蚀试验后,基体开路电位为–0.44 V,熔覆层开路电位稳定在–0.17V,较基体偏正。涂层的自腐蚀电位(Ecorr)为–1.00V,大于基体的自腐蚀电位(–1.10V),涂层的自腐蚀电流密度(Jcorr)为3.47×10^(–8)A/cm^(2),小于基体的自腐蚀电流密度(6.43×10^(–8)A/cm^(2)),从而得出涂层腐蚀倾向较基体小。涂层的电容弧半径大于基体,该频率范围内涂层的阻抗模量均大于基体,表明涂层的耐腐蚀性能更好。结论Inconel625合金涂层能够显著提高304不锈钢的表面硬度、耐磨耐腐蚀性能。

304不锈钢滑动摩擦学行为的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究了压入深度与滑动速度对304不锈钢磨损量、摩擦系数、位错演变及剪切应变的影响.结果表明:在较大的压入深度下平均摩擦系数及位错长度明显较高,导致了更严重的塑性变形;在相同的压入深度下较高滑动速度的摩擦力明显升高而位错长度降低,这是由于高速下不锈钢内部位错形核缺乏持续驱动力,从而减轻了不锈钢的变形.此外滑动摩擦过程中产生的摩擦热促进了内应力的释放,导致离散结构位错、多节点位错及位错锁(环)的形成,从而阻碍位错进一步传播并提高不锈钢抗变形能力.本工作中所计算磨损原子数量几乎与滑动距离呈线性正比,符合经典Archard定律.

不同路径对电子束熔丝沉积304不锈钢组织与性能的影响

目的采用电子束熔丝沉积方法进行打印,以获取具有高抗拉强度与高伸长率的304不锈钢。方法以304不锈钢丝材为材料,当加速电压为60 kV、聚焦电流为430 mA、束流强度为22 mA、成形速度为250mm/min、送丝速度为1400mm/min时,在成形路径为“弓字形”和“交替弓字形”条件下打印不锈钢样品,在样品x、y、z3个方向上截取试样,采用金相、扫描电镜、透射电镜及拉伸试验等分析手段,对试样的微观组织和力学性能进行研究。结果在“弓字形”成形路径下,产品x方向试样的显微组织主要以等轴晶为主,而y方向试样的显微组织以相互平行的柱状晶为主;在“交替弓字形”成形路径下,产品微观组织主要是相互垂直的柱状晶,在z方向试样中出现了位错胞结构。在“交替弓字形”成形路径下,z方向试样具有最优的综合力学性能,其致密度为98.60%,抗拉强度为(1344±14)MPa,屈服强度为(701±7)MPa,断后伸长率为(25±0.4)%。结论在EBF打印304不锈钢样品中,选用“交替弓字形”成形路径能使不锈钢具有更高的致密度,可以提升抗拉强度和屈服强度。

添加高熵合金粉末AZ31B镁合金/304不锈钢电阻点焊接头组织和力学性能

以FeCoNiCrMn高熵合金为中间层,获得高质量的AZ31B/不锈钢电阻点焊接头。分析过渡区与两侧母材的反应扩散行为,检测接头性能并优化焊接工艺。结果表明:包含FeCoNiCrMn颗粒的过渡区成功连接镁、钢两母材。镁合金侧界面主要是颗粒周围反应生成的Fe4Al13金属间化合物;而不锈钢侧边界主要由(Fe,Ni)固溶体和Fe4Al13金属间化合物两部分组成。拉剪载荷F随焊接电流I和焊接压力P的增加,焊接时间t的延长,呈现出先升高后降低的趋势,在18.2~22.5 kA,15~35周波,2.0~10.6 kN的实验工艺范围内,添加高熵合金镁/钢点焊接头拉剪载荷在3.2 kN以上,最大拉剪载荷为5.605 kN,相比未添加高熵合金镁/钢点焊接头拉剪载荷提高了397%。高熵合金过渡层形成了大量(Fe,Ni)固溶体,减少Fe4Al13脆性金属间化合物的生成,有效提高了接头的力学性能。

430/304不锈钢搅拌摩擦焊搭接接头的组织和力学性能

采用搅拌摩擦焊技术,以1200 r/min的搅拌转速对1 mm厚的430和304不锈钢板进行焊接,研究焊接速度对搭接接头组织和力学性能的影响。结果表明:随着焊接速度增加,接头界面两侧Hook钩尺寸减小,过渡层厚度减小,界面由锯齿状逐步转变为平直状。所有试样均断裂于焊缝附近的430不锈钢母材上,焊接速度为50 mm/min焊接接头的剪切强度最大,搭接接头界面区的冶金反应起主导作用,机械连接起促进作用。

不同退火保温时间对304奥氏体不锈钢组织及性能影响研究

研究了不同退火时间对304不锈钢晶粒结构、拉伸性能及显微硬度的影响,通过对比微观组织、力学性能的差异,分析了800℃退火温度、5~20 min不同热处理时间下,该材料晶粒尺寸、拉伸强度、形变情况、截面显微硬度值的变化规律,讨论了不同保温时间对304奥氏体不锈钢组织及性能演化特征的影响机理。

304不锈钢局部干法水下激光填丝焊接工艺及焊缝性能研究

目的采用自主研制的水下激光填丝焊接装备,在304奥氏体不锈钢板材表面进行U形坡口激光填丝焊接试验,为304不锈钢水下修复工作提供技术参考。方法在功率为5600 W、焊接速度为6 mm/s、送丝速度为205 cm/min、保护气体流量为15 L/min、排水气体流量为30 L/min的条件下进行焊接试验,并对空气和水下环境下的焊缝进行对比检测分析。通过光学显微镜分析2种环境下焊缝的显微组织;对2种焊缝进行拉伸、弯曲等力学性能测试;采用显微硬度计测试1 kg载荷下不同区域的显微硬度;使用VersaSTAT 3F电化学工作站测定在3.5%(质量分数)的NaCl溶液中2种焊缝的开路电位和极化曲线。结果2种环境下的焊缝均无明显裂纹、气孔等缺陷;显微组织主要由奥氏体和铁素体组成,但2种环境下焊缝的奥氏体晶粒大小和铁素体形状均略有差别,焊缝拉伸断口均为典型的韧性断裂形貌且抗拉强度符合304不锈钢标准。2种环境下焊缝的微观组织和晶粒大小不同,水下焊缝硬度高于空气的。通过分析2种环境下焊缝的开路电位和极化曲线,可知水下焊缝的耐腐蚀性略高。结论所开发的局部干法水下激光填丝焊接工艺可以满足实际工程中水下焊接维修的要求,其焊缝性能可以满足304不锈钢空气环境下的焊接质量标准。

超声纳米晶体表面改性对304不锈钢显微组织和性能的影响

采用超声纳米晶体表面改性(ultrasonic nanocrystal surface modification, UNSM)技术对304不锈钢进行表面强化处理,研究UNSM对不锈钢微观组织和力学性能的影响。通过透射电子显微镜(TEM),电子背散射衍射(EBSD)等表征方法,分析处理前后304不锈钢的微观组织演变和塑性变形机制。利用白光干涉仪和显微硬度仪等手段,研究UNSM对材料表面粗糙度、显微硬度及残余应力的影响。结果表明:经UNSM处理后,304不锈钢表面发生严重塑性变形,导致位错密度增加,晶粒明显细化,并在近表面产生纳米细晶,形成约300μm深的硬化层。形变诱导奥氏体向马氏体转变,在表面引入约900 MPa的残余压应力,材料显微硬度从基材的238HV提高至511HV,表面完整性得到显著改善。

2.25Cr1Mo0.25V耐热钢与304不锈钢AA-TIG焊接接头组织及性能研究

采用电弧辅助活性AA-TIG焊对2.25Cr1Mo0.25V耐热钢和304不锈钢管进行异种钢材焊接,并对其焊接接头的组织、硬度及力学性能进行分析。结果表明,使用AA-TIG焊能够一次性焊透2.25Cr1Mo0.25V耐热钢和304不锈钢,得到成形良好的焊接接头。焊缝处无裂纹等焊接缺陷,焊缝处各元素在焊缝水平方向分布均匀。在靠近两侧母材的焊缝区,Cr、Fe、Ni元素有一定的梯度,但无明显偏聚。焊接接头两边的母材区硬度值较低,在焊缝区域硬度达到最大,焊缝区域的硬度波动范围在400~489 HV之间,最终拉伸试样都断在304母材上,得到的平均拉伸强度为406 MPa,最大的抗拉强度为542 MPa。

表面粗糙度对304不锈钢空蚀腐蚀联合作用的影响

为探究不同表面粗糙度对腐蚀空蚀破坏的影响机制,利用超声空蚀实验装置,对不同表面粗糙度的304不锈钢试样在质量分数35%NaCl溶液中进行空蚀腐蚀联合作用实验。通过分析试样的质量损失、表面形貌、显微硬度和电化学性能变化,探究不同表面粗糙度对空蚀腐蚀表面形貌和性能的影响规律。结果表明:空蚀腐蚀后的304不锈钢试样表面出现蚀坑,且蚀坑主要发生在磨痕边缘,并呈现腐蚀和空蚀双重特征;随着表面粗糙度的增大,蚀坑的密度增加,试样质量损失更加严重,但粗糙度达到一定程度时,空蚀会降低表面粗糙度数值,起到平整作用;经过空蚀腐蚀作用后,试样表面均出现硬化现象,但随着表面粗糙度的增大,试样表面硬化现象变弱;空蚀腐蚀后,试样的腐蚀电流增大,腐蚀电位负移,且随着粗糙度增大,试样的腐蚀电位和腐蚀电流变化也增大,呈现耐腐蚀性能不断下降趋势。

氧化剂含量对304不锈钢化学机械抛光的影响

为了探究氧化剂含量对304不锈钢化学机械抛光的影响及其作用机制,采用过氧化氢作为氧化剂,研究不同氧化剂质量分数下304不锈钢材料去除率及表面粗糙度值的变化规律,并基于接触角和电化学试验分析过氧化氢在抛光过程中的作用机制。结果表明:化学机械抛光过程中过氧化氢含量的增加有利于304不锈钢表面氧化膜的生成,从而有效提高304不锈钢的材料去除率及表面质量;但是过高的过氧化氢含量会导致304不锈钢表面氧化膜致密,使得化学作用与机械作用失衡从而造成304不锈钢表面质量下降;当过氧化氢质量分数为0.04%时,抛光后304不锈钢表面粗糙度值最低,仅有2.5 nm,材料去除率达到324.21 nm/min。

退火对304不锈钢电解质等离子体抛光的影响

这里主要研究了退火处理对电解质等离子体抛光304不锈钢表面粗糙度、材料去除率和残余应力的影响,从而为降低不锈钢工件表面粗糙度,提高表面性能提供依据。通过在不同温度下对304不锈钢样品进行真空退火处理,并在相同的实验条件下进行电解质等离子体抛光(电压、电流密度、电解液浓度、温度、加工时间),采用粗糙度测试仪、超景深光学显微镜、X射线应力分析仪、X射线衍射仪(XRD)对抛光前后样品的残余应力、粗糙度值、表面形貌、材料去除率、物相和组织变化进行了测试和表征,讨论了不同退火温度对电解质等离子体抛光304不锈钢样品表面粗糙度和残余应力的影响。结果表明电解质等离子体抛光不仅能有效降低304不锈钢样品的表面粗糙度和残余应力,且表现出了明显的晶粒取向分布。退火温度越高,电解质等离子体抛光后表面残余应力越小,材料去除率随着退火温度的升高而降低。电解质等离子体抛光过程中的热效应和组织转变是造成残余应力松弛的主要原因。

镍/钼复合中间层钎焊连接C/C复合材料和304不锈钢

本文使用在BNi-2或AgCuTi箔片钎料中添加金属中间层(Ni、Mo或Ni/Mo)的方法有效提高了C/C复合材料和304不锈钢真空钎焊接头的强度,并先后对接头的微观结构、连接机理和力学性能进行分析。分析表明,BNi-2+Ni/Mo接头的微观结构包括Cr_(3)C_(2)、Ni(s,s)、Cr_xNi_(y)+MoNi_(4)、MoNi_(4)+Cr_(x)M_(y)和Ni(s,s)+Cr-Fe;AgCuTi+Ni/Mo接头的界面则由TiC、Ag(s,s)+Cu(s,s)、Ni、Ag(s,s)+Cu(s,s)+MoTi、Mo和MoTi+Cu(s,s)+Ag(s,s)构成。有限元模拟结果表明,AgCuTi钎料加持下的镍/钼复合中间层能够有效缓解C/C母材与焊缝界面间的残余应力。室温下BNi-2+Ni/Mo、AgCuTi+Ni、AgCuTi+Mo和AgCuTi+Ni/Mo钎焊接头的平均剪切强度分别为2.57 MPa、10.91 MPa、23.81 MPa和26.77 MPa,有效验证了有限元结果的可靠性。