Page 63 - 理化检验-物理分册 2021年第六期
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赵同新, 等: 电子探针测试胀裂失效不锈钢换热器管中的氮元素
离裂纹区, 氮含量呈梯度降低, 直至基体位置趋近相
E q Ni=w Ni+30×w C +30×w N +0.5×w Mn
同, 不再波动。这种变化趋势和上面定量测试结果 ( 2 )
吻合。
根据式( 1 ) 和式( 2 ) 计算得到, E q Ni 为 11.8 , E q Cr
/ 为 2.23 。根 据 文 献 [ 10 ], 可 知
为 26.32 , E q Cr E q Ni
2205 双相不 锈 钢 的 凝 固 过 程 为: 熔 体 先 析 出 铁 素
体, 完全凝固时为全铁素体, 伴随着降温过程, 在铁
素体的基体上通过固态相变, 析出奥氏体, 最终室温
组织为铁素体和奥氏体双相组织。固溶处理后, 也
是从体心结构的铁素体基体相中, 析出面心结构的
奥氏体相, 两相的比例与加热速度、 保温时间以及冷
却速率有关, 热加工过程也有很大的影响, 正常情况
下为 50% ( 体积分数) 铁素体和 50% ( 体积分数) 奥
氏体构成 [ 11 ] 。
从镍当量计算公式可以看出, 在双相不锈钢中
氮元素是强烈的奥氏体稳定元素, 其促进奥氏体的
形成能力约是镍的 30 倍, 随着氮含量的增加, 铁素
体含量逐渐减小, 奥氏体逐渐增加, 且相对于双相区
中奥氏体的条状细晶, 靠近裂纹区的晶粒为较粗大
的等轴晶 [ 12 ] 。由于此不锈钢换热管件局部氮的富
图 2 裂纹附近氮元素的面分布 集, 导致此处出现了异常的组织分布, 即晶粒粗大的
Fi g 2 Ma pp in gdistributionofNelementnearthecrack 奥氏体单相区在此处形成, 粗大奥氏体的塑性和强
a ma pp in gdistribution1 b ma pp in gdistribution2 度均较正常部位组织的低, 使得不锈钢管在加工过
元素氮是 2205 双相不锈钢中的有益元素, 双相 程中容易萌生微裂纹, 最终出现胀管开裂的现象。
不锈钢的强度和耐蚀性能因为氮元素的合金化作用
3 结论
而表现得更为显著。氮可以扩大钢的奥氏体相区,
是一种很强的形成和稳定奥氏体元素, 在一定限度 使用电子探针对胀裂的双相不锈钢管件进行
内可代替部分昂贵的镍 [ 8 ] 。 了微区的 定 量 和 元 素 面 分 析 测 试, 在 裂 纹 附 近 位
当双相钢中两相的比例接近 1∶1 时, 材料具有 置发现了局部的超轻元素氮的富集。氮元素可以
最好的力学性能和耐腐蚀性能, 因此控制两相比例 扩大奥氏体区, 稳定奥氏体相, 是强烈的奥氏体形
及组织的稳定是双相不锈钢生产中的关键。显微组 成元素。这种局部异常的单相粗大奥氏体组织的
织不仅与合金成分和凝固条件有关, 也会受到随后 综合力学 性 能 均 比 正 常 组 织 的 差, 最 终 导 致 换 热
的固态相变、 热处理工艺和加工过程的影响 [ 9 ] 。 器管发生胀裂。
不同合金元素对铁素体和奥氏体的形成有着不
参考文献:
同的作用。能够稳定铁素体、 促进铁素体形成的元
素主要包括铬、 铜、 硅、 钛、 铌、 钒、 铝等。促进奥氏体 [ 1 ] 赵同新, 吉见聪, 加藤治彦, 等 . 电子探针在金 属 材 料
形成的元素主要有镍、 锰、 碳、 氮、 钴等。 分析与 研 究 中 的 应 用 [ J ] . 理 化 检 验 ( 物 理 分 册 ),
为了说明合金元素对不锈钢中相比例及形成的 2018 , 54 ( 7 ): 504-507.
作用, 许多研究者进行了大量研究工作, 以元素铬镍 [ 2 ] 吴润秋, 饶灿, 王琪, 等 . 关键金属铍的电子探 针 分 析
当量 比 来 预 测 不 锈 钢 的 显 微 组 织, 最 著 名 的 是 [ J ] . 科学通报, 2020 , 65 ( 1 ): 82-84.
[ 3 ] 赵同新 . 超轻元素 Be的电子探针定量测试问题及解
计
Schaeffler图。其中, 铬当量 E q Cr 和镍当量 E q Ni
决方案[ J ] . 电子显微学报, 2019 , 38 ( 2 ): 150-155.
算公式如下
[ 4 ] 赵同新, 陈文迪, 殷婷, 等 . 电子探针对含 Be矿物绿柱
E q Cr=w Cr+w Mo+1.5×w Si+0.5×
石的定量分析[ J ] . 矿物学报, 2020 , 40 ( 2 ): 169-175.
( 1 )
w Nb +5×w V +3×w Al ( 下转第 65 页)
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