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新型高硅不锈钢组织及腐蚀行为

分类号 TG 142.71The microstructure and corrosion behaviour of new type high silicon stainless steelLecturer Guo Ning Professor Qin Zirui

(Dalian University of Technology,Dalian 116023) Abstract Chemical compositions of new type high silicon stainless位于美国罗得岛北金斯敦的Cool Polymers专注于制造导热性和导电性材料 steel are tallographic microscope, X-ray diffraction spectrum,EMPA,TEM,SEM and STM are used to investigate its microstructure and corrosion perimental results show that,this steel has single-phase austenitic structure and better corrosion res铆接设备istance after solid solution heat treatment at 1 100 ℃.By STM, ultra-high 3-D resolution corrosion images for this new type steel can be obtained. These basic work will be helpful for the further application of this steel.

Key words:stainless steel,microstructure, corrosion,scanning tunneling microscope(STM) 随着现代工业的迅猛发展,对工程材料提出了耐高温、高压和强腐蚀等更为苛刻的要求。不锈钢曾经适应的地方,由于操作温度和压力的不断提高,再循环造成化学浓度的升高以及使用卤族基之类的浸蚀性更强介质,使腐蚀问题更为严重而不适应新的环境,因此必须使用高性能耐蚀合金来满足生产上的要求。

氢氟酸是腐蚀性最强的无机酸之一, 氢氟酸的腐蚀问题是耐蚀合金中最重要而又难以解决的课题。大量的研究工作表明［1,2］,Ni-Cr-Mo型的 Hastelloy合金用于氢氟酸介质具有优良的耐蚀性能。但因其含有大量的Ni、Mo贵重金属,使合金成本大大提高,从而限制了它的生产应用。为此,研制一种耐氢氟酸介质腐蚀的新型铸造不锈钢,并能适当降低其Ni、Mo含量,从而大幅度降低耐蚀钢成本是本研究工作的基本出发点［3］。

笔者介绍采用的扫描隧道显微成象技术,因其具有超高三维分辨及对样品非接触无损成象等特点［4］,被誉为是现代表面分析技术的革命性进展。通过采用最新的显微技术对新型铸造不锈钢的腐蚀样品表面进行扫描成象,获得了更为真实的三维腐蚀形貌图象信息,为该钢腐蚀行为的深入研究,提供了一种先进而实用的显微分析手段。1 化学成分设计 各种合金元素对钢的抗氢氟酸腐蚀性能的影响是不同的。试验结果表明,对于提高不锈钢抗点蚀能力最有效的元素,如Cr、Mo、Si及Ni等,对抗氢氟酸腐蚀也十分有益。而C、Mn、P及S等元素将会恶化钢的耐蚀性能。为此,在新型钢的化学成分设计中我们需要检查全部制冷机组的低温级紧缩机的排气和吸气压力都较正常值偏差,使其含有较高的Cr与Si(起复合钝化作用),并与适量的Ni、Mo相配合,根据冶炼条件和原材料的可能性,最大限度哈飞配件地降低其C、Mn、S及P含量,使该钢具有良好的耐蚀性能和较低的成本。为此,将新型钢化学成分设计为:w(C)≤0墙贴.03%,w(Si)为3%～5%,w(Mn)≤0.5%,w(P、S)≤0.02%,w(Cr)=18%～22%,w(Ni)=12%～18%,w(Mo)=2%～4%,余量为Fe。2 冶炼及热处理 试验钢在中频感应电炉中冶炼，所用金属炉料有工业纯铁、金属铬、金属钼、金属硅和电解镍等。冶炼中采用了先后不同的加料次序,大功率冶炼及脱氧等一系列工艺措施,从而获得了高质量的试验钢与合金。钢的浇注温度为1 550 ℃,采用铂铑-铂快速热电偶测温，并分别浇注15 mm×15 mm×200 mm试棒。试验钢及对比合金的化学成分分析结果见表1，高硅不锈钢的力学性能测试结果见表2。表1 试验钢及对比合金的化学成分成 分CSiMnP、SCrNiMoWFe新型钢 0.02 3.64 0.38 0.01 20.8516.28 3.36-余量Hastelloy C0.060.26 0.32 0.03 16.81 余量 17.474.848.95表2 新型高硅铸造不锈钢力学性能 σb /MPa σ0.2/MPa δ/%Ψ/% αk/-2 HB758.5 279.4 48.242.6 84.8235 由于新型钢和对比合金中合金元素含量较高,所以极易析出碳化物和金属间相。这些析出相的存在对钢的耐蚀性能影响很大,为使其固溶于基体中,对新型钢采用1 100 ℃×2 h水冷固溶化处理，而对比合金Hastelloy C采用1 250 ℃×2 h水冷固溶处理。热处理均在可自动控温的箱式电炉中进行。3 金相组织 采用金相此时马达推动硅油显微镜观察与拍摄试验钢与合金的金相组织,通过X射线衍射和透射电镜分析相结构,采用电子探针分析析出相成分。试验钢及对比合金的金膨胀管相组织见图1，新型钢的X射线衍射谱线见图2，电子探针照片及其线扫描图象见图3，电子探针定量分析结果见表3，析出相在透射电镜下的明场象及其电子衍射花样见图4。表3 电子探针定量分析结果 % 分析区Si CrNi MoMnFe大块状 4.253 8 29.882 2 9.364 3 12.102 1 0.248 2 46.149 6岛 状2.998 129.792 4 8.246 23.462 50.264 8 55.236 1点 状4.098 228.450 89.054 410.231 20.256 347.909 1基 体3.056 420.596 315.486 93.524 10.279 457.0