奧氏體耐熱鋼具有良好的耐高溫、耐腐蝕、力學性能以及可加工性能，所以經(jīng)常在耐酸堿腐蝕、高溫或者低溫的石油化工、電力、海洋、能源等行業(yè)的零部件使用，然而不銹鋼方管服役的這些環(huán)境一般都處于硫化物、水蒸氣的氧化性氣氛中，縮短了零部件的壽命，所以進一步研發(fā)能克服耐高低溫、耐腐蝕、力學性能優(yōu)良的不銹鋼方管已經(jīng)成為一種趨勢[28]。近幾十年來，隨著國內(nèi)外的學者的不斷探索，發(fā)現(xiàn)在中加入鋁元素會在表面形成比傳統(tǒng)的奧氏體不銹鋼方管表面的Cr2O3保護膜性能更為優(yōu)良的Al2O3保護膜，這樣相對傳統(tǒng)的不銹鋼方管，在沒有增加成本的基礎上開發(fā)出了一種性能優(yōu)良的高鋁型奧氏體不繡鋼。
鋁在鋼中作用主要有兩個方面：一是用作煉鋼時的脫氧定氮劑，并且細化晶粒，阻礙低碳鋼的時效，提高鋼在低溫下的韌性。二是作為合金化元素加入鋼中，提高鋼的抗氧化性，改善鋼的電、磁性能，提高滲氮鋼的耐腐蝕和疲勞強度。鋁元素在現(xiàn)代的煉鋼和生產(chǎn)中通常是當做脫氧劑使用，部分的鋁與氧結(jié)合會形成三氧化二鋁或者鋁的氧化物類的雜質(zhì)，剩余的鋁會溶入固態(tài)鐵中，稱之為酸溶鋁，在隨后的冷卻過程中，由于加熱和冷卻的方式不同，有的在固態(tài)下會形成AlN的彌散物，能夠起到細化晶粒的作用，有的會繼續(xù)保留在固態(tài)鐵中，我國規(guī)定的酸溶鋁在鋼中的質(zhì)量分數(shù)不能超過0.07%。鋁在鋼中還有一個作用是鋼液，防止鋼液凝固時產(chǎn)生大量的氣泡[30]。由于鋁元素是鐵素體形成元素，Ni元素在不銹鋼方管含量比較少的時候，隨著鋁元素含量的增多，鐵素體的含量增多，這樣會使奧氏體不銹鋼方管變成了鐵素體+奧氏體的雙相組織，大量存在的鐵素體會使材料的力學性能以及抗蠕變性能大幅度下降，所以高鋁不銹鋼方管在成分設計上顯得尤為重要。
舍夫勒組織圖是用來表述不銹鋼方管元素化學組成(不計算其中氮元素)與相組織的定量關(guān)系圖，可以根據(jù)元素的化學成分推算出相組織及其鐵素體的量，圖中縱坐標表示鎳當量（Nieq），是反映不銹鋼方管組織奧氏體化程度的指標，其值是根據(jù)化學組成中包含的奧氏體化元素(如鎳，碳，錳等)的量，按其奧氏體化作用的強烈程度折算成相當于若干個鎳之總和；橫坐標表示鉻當量(Creq）來表示，鉻當量是反映組織中鐵素體化程度的指標，其量值是根據(jù)組織中的鐵素體化元素(如鉻，鋁，硅，妮等)的量，按其鐵素體化作用的強烈程度，折算成相當于若干個鉻之總和。所以我們可以把上述兩類元素在鋼中所占的比例計算出來，折算成鉻當量、鎳當量的形式來表示。兩者的計算公式分別為：
鎳當量:Nieq=%Ni+%Co+30(%C)+25(%N)+0.5(%Mn) (1.1)
鉻當量:Creq=%Cr+2(%Si)+1.5(%Mo)+5(%V)+5.5(%Al)+1.75(%Nb)+1.5(%Ti)+0.75(%W) (1.2)
不銹鋼方管在熱變形過程中容易產(chǎn)生邊裂、邊損等缺陷，對邊裂發(fā)生的影響因素已有較多的經(jīng)驗積累，但是仍沒有形成統(tǒng)一的認識。用價格低廉的氮、錳來部分取代鎳，開發(fā)出的低鎳奧氏體不銹鋼生產(chǎn)方管，在熱變形過程中，同樣容易發(fā)生邊裂缺陷.根據(jù)方管變形過程中的應力狀態(tài)及變形特點，在熱模擬試驗機現(xiàn)有功能的基礎上，設計制造熱變形試驗裝置。配合熱模擬試驗機使用的該試驗裝置能夠模擬實際的熱軋過程。在連鑄坯殼層上制取小型熱軋試樣，并利用該試驗裝置進行奧氏體不銹鋼方管的模擬變形試驗.壓下量為10～60%，變形溫度為950～1250℃，間隔50℃。觀察分析軋后試樣的邊部形貌，特別是邊部裂紋的產(chǎn)生情況。
對于Cr15Mn9Cu2NiN奧氏體不銹鋼方管，當變形時壓下量足夠大時，在各試驗溫度下，試樣邊部均會產(chǎn)生裂紋，裂紋均沿奧氏體晶界擴展;在975～1150℃區(qū)間時，產(chǎn)生邊部開裂傾向較大。軋后試樣的微觀組織的晶粒內(nèi)部存在變形亞結(jié)構(gòu)和孿晶界，并且隨著變形溫度的升高，晶粒中的變形亞結(jié)構(gòu)和孿晶界逐漸減少，同時在1200℃時，晶粒尺寸明顯小于其他溫度時的晶粒尺寸。不銹鋼方管試樣經(jīng)小壓下量、多道次熱變形時，邊部開裂傾向減小。多道次軋后試樣的微觀組織中可以明顯觀察到細小的再結(jié)晶晶粒，而且晶粒內(nèi)部未發(fā)現(xiàn)或少量存在變形亞結(jié)構(gòu):增加軋制道次可以使晶粒尺寸大小變得更加均勻。對于Cr17Mn6Ni4Cu2N不銹鋼方管，在1100～1150℃區(qū)間內(nèi)，其產(chǎn)生邊部裂紋的傾向較大。軋后試樣的微觀組織中存在一定量的鐵素體，并且隨著變形溫度的升高，鐵素體尺寸逐漸。鐵素體以連續(xù)的蠕蟲狀的形式位于奧氏體晶界處，或是同Cr15Mn9Cu2NiN鋼一樣，鐵素體以顆粒狀的形式位于奧氏體基體上。Cr17Mn6Ni4Cu2N鋼在經(jīng)過變形后，其樹枝晶主干發(fā)生了錯位、扭曲，同時原二次晶呈顆粒狀分布，晶粒尺寸較小
鋁方管表面無鉻鈍化及質(zhì)量檢測方法研究
鋁方管在線鈍化需求,研究一個以硅烷為主體的鈍化配方以及相關(guān)的質(zhì)量檢測方法。正交試驗設計得到優(yōu)鈍化配方為乙烯基氧基硅烷(A-171),15m1/L:緩蝕劑A,4.0g/L；尿素,1.0g/L；,15
ml/L；pH,3.0.單因素實驗得到優(yōu)工藝條件為：鈍化時間為30s,鈍化溫度為50℃,固化溫度為100℃,固化時間為120min。研究建立了鈍化鋁管質(zhì)量檢測方法,采用鹽霧試驗、堿浸失重實驗、析氫實驗及電化學測試、硫酸銅點滴法對鋁管耐腐蝕性能進行檢測和表征。
鹽霧試驗表明鈍化管可從空白管的32h(中性鹽霧試驗)、3h(銅加速鹽霧試驗)提高到296h(中性鹽霧試驗)、32h(銅加速鹽霧試驗),堿浸失重由空白的42.25g/(m2·h)降低到11.06g/(m2.h),開始析出氫氣時間由空白的30min提高到100min。電化學測試Tafel極化曲線和EIS數(shù)據(jù)擬合結(jié)果顯示,鈍化管的自腐蝕電流密度比空白管顯著下降,達到5.335×10-7A/cm2,鈍化管阻抗值比空白提高了70倍,達5.765×105Ω。掃描電鏡圖(SEM)顯示鈍化管表面生成一層均勻致密的鈍化膜,對鋁方管基體起到保護作用,提高了鋁方管的耐蝕性能。能譜圖表明鈍化膜主要由Al,C,O,Si,P和少量N組成。方法比較表明,硫酸銅點滴法與常規(guī)檢測法結(jié)果一致,但該法具有簡單快速,可作為生產(chǎn)現(xiàn)場質(zhì)量手段。還對硅烷水解和成膜機理進行了初步分析。
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