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304H不銹鋼管的力學性能和組織性能及持久強度分析

來源:至德鋼業 日期:2020-09-24 02:32:08 人氣:779

 浙江至德鋼業有限公司采用條狀試樣(試樣標距:50mm,寬;12.7mm,其他均按ASME標準執行)對304H不銹鋼管進行室溫拉伸試驗和硬度測試。較之普通的304不銹鋼管,此材料在室溫下具有更高的強度和良好的塑性,該奧氏體鋼的屆強比約為0.6,成型性好。氮是非常強烈地形成并穩定奧氏體且擴大奧氏體相區的元素,它提高強度的作用比碳及其它合金元素都強,加入0.1%的氮可以使鉻-鎳奧氏體不銹鋼管的室溫強度提高60~100MPa。含氮鋼的屈服強度由氮原子間隙固溶在奧氏體面心立方晶格中導致的固溶強化而得以提高.加入微量氮后,鋼的屈服強度和抗拉強度都升高,而伸長率下降卻并不明顯。因此,304H不銹鋼管室溫力學性能良好,與ASME Code casc 2328-1標準比較,屈服強度、抗拉強度均有較大余量,塑性、硬度均滿足超(超)臨界火電站鍋爐過熱器和再熱器用鋼要求。


1. 由于氮、碳及其它合金元素固溶強化及未溶解的第二相細小質點的彌散強化作用,較之普通的304不銹鋼管,304H不銹鋼管具有優良的室溫力學性能。


2. 高溫短時拉伸性能與日產304H不銹鋼管相近(略低6%),但明顯高于GB5310規定的高溫短時抗拉數據值,其600℃時的抗拉強度比規定值高約30%,達到434Mpa。


3. 試驗用304H不銹鋼管總體上氮氧夾雜物較多,分布相對集中。灰色的氧化物類夾雜物在基體中成密集鏈狀分布,為2.5級:而淺黃色的氮化物類夾雜物分布較分散,偶而可觀察到呈間斷鏈狀,但不大于1級。氮化物類夾雜物經EDX成分分析,發現含有較多的碳、氮和鈮,此將降低鋼中碳、氮和鈮的固溶強化和彌散析出強化作用。


4. 在650℃較高應力試驗條件下,304H不銹鋼管蠕變斷口為沿晶與穿晶復合型斷裂斷口,且試驗應力越小(蠕變時間越長),斷口越呈現沿晶斷裂特征。在較低應力長時蠕變斷口附近基體中觀察到裂紋沿晶界長大連接而成的裂紋段,長約為11.3um,并垂直于拉應力方向。


5. 在650℃較低應力驗條件下,304H不銹鋼管蠕變斷口沿晶斷裂區域之間的斷面有大量的撕裂嶺,沿晶斷裂面包含有細小韌窩,在部分韌窩底部可觀察到細小第二相質點,蠕變斷口為延性沿晶斷裂斷口。同時,研究中也發現夾雜物脫落或破裂形成的蠕變空洞,其尺寸約為13.3pm·因此應嚴格控制冶煉質量,同時改變夾雜物分布,以此來提高蠕變斷裂性能。


6. 較之650℃試驗溫度,700℃較低應力試驗條件下,304H不銹鋼管雖然也表現出沿晶斷裂特征,但沿晶斷裂區域之間的斷面撕裂嶺明顯減少,斷口呈現較清晰地晶粒狀輪廓,表明材料在700℃較低應力試驗條件下具有較小的塑性值。


7. 對三種外推法分析,表明,等溫線外推法比時間,溫度參數法的精度差,而時間.溫度參數法中K-D法比L-M法精度高.


8. 參數法外推304H不銹鋼管的持久強度為:122.74MPa略大于GB5310 高壓鍋爐用無縫鋼管(報批搞)中規定的持久強度值,而60.78MPa,僅有規定值的80.6%,此性能變化規律與斷口特征相符。


一般,TP347H不銹鋼管和TP321H不銹鋼管等沉淀硬化18-8奧氏體不銹鋼在高溫服役時會引起碳化物粗化,從而導致沉淀硬化效應降低,而304不銹鋼管的持久性能卻比較穩定。并且,在高溫長時間內未出現持久強度的陡降。至德鋼業用參數回歸分析后判斷,此鋼每一溫度下外推105小時的持久強度都比TP347H不銹鋼管高30%.他們認為,此鋼優良的高溫強度是蠕變過程中富銅相、NbCrN、Nb(C,N)和M23C6的析出強化的結果。


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