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加热温度对S30432奥氏体不锈钢管内壁喷丸层的影响

来源:至德钢业 日期:2018-08-16 16:12:57 人气:175

借助扫描电镜及能谱仪等,研究不同热处理温度(7407607808008208501000)S30432不锈钢管内壁喷丸层的影响。结果表明:喷丸层硬度随着热处理温度的提高而逐渐降低。当热处理温度达到810℃时,喷丸层硬度与基体硬度平均差值为100HV05;温度至1000℃时,喷丸层消失。在740770℃温度范围,喷丸层仍保持良好的向外表面输送Cr元素的能力;800850℃温度范围,喷丸层的形变组织不同程度退化,向外表面输送Cr元素的能力降低。为了保证喷丸层组织和抗氧化性能不被破坏,确保喷丸处理的质量,首先应避免对内喷丸钢管进行1000℃以上的固溶处理,其次应保证内喷丸钢管焊后热处理温度不超过780℃。

随着火电机组温度和压力等参数的提高,锅炉受热面管对材质的要求也越来越高,具有高热强性和高抗氧化性的奥氏体不锈钢(S30432以及S30432内喷丸管)、马氏体耐热钢(T91T92)、奥氏体和马氏体异种钢焊接接头便大量出现在锅炉受热面中。当9Cr%钢和S30432钢进行对焊接时,除了各自的焊接特点外,尤其要考虑异种钢焊后热处理问题。目前,马氏体耐热钢和奥氏体钢的异种钢焊后热处理制度已经相当成熟,国内外已有较多的相关研究。然而,马氏体钢和内喷丸奥氏体钢的焊后热处理的研究却很少,尤其是喷丸S30432不锈钢管在后继焊接后热处理过程中喷丸硬化层的性能和微观组织结构是否会产生变化很少见详细报道。本文对S30432内喷丸管进行不同温度下的热处理试验,重点研究不同温度热处理后喷丸层的显微硬度、厚度和显微组织变化规律等,为喷丸管焊接后热处理工艺提供技术支持。

1试验材料与方法

试验用S30432原材料钢管规格为445mm×6mm,其成分如表1所示。对其进行内喷丸处理,并对内喷丸钢管分别进行7407607808008208501000℃等不同温度下的热处理试验(400℃以下进炉,升温速率≤200/h,保温15h,降温速率≤260/h,炉冷至400℃出炉)。采用THVS-50电子维氏硬度计(载荷500g)进行喷丸层硬度试验,利用ZEISS光学显微镜对喷丸层进行显微组织分析;借助FEIS-3400扫描电镜对微观组织进行观察,并对部分喷丸层进行了能谱分析。

2试验结果与分析

21喷丸层的硬度

喷丸层硬度测量位置为距离钢管内壁60μm处,母材基体硬度测点位于管壁厚中部,测量结果见图1。可以明显地看出,当钢管在740850℃之间进行热处理时,基体硬度会有升高,但升高的基体硬度不受温度变化影响。740850℃之间热处理后的基体硬度保持在187192HV05之间,变化很小;而喷丸层硬度却随着热处理温度的提高逐渐下降。如图1所示,未热处理的S30432不锈钢管喷丸层硬度与基体硬度平均差值为135HV05;当加热温度达到810℃时,喷丸层硬度与基体硬度平均差值刚好100HV05;继续升高至850℃时,喷丸层硬度与基体硬度平均差值降至81HV05,已经不能满足喷丸层与基体之间硬度差值大于100HV05的要求;1000℃时,喷丸层硬度与基体硬度相同。

22喷丸硬化层的厚度

结合图1的试验结果,利用光学显微镜对喷丸层进行厚度分析。由于在740780℃之间,喷丸层和基体之间的硬度差值变化较小,喷丸层微观组织形貌以及喷丸层厚度基本变化不明显,所以只选择750℃下的微观组织形貌图,见图2。原始态内喷丸钢管喷丸层深度约为126μm,随着加热温度的提高喷丸层深度逐渐减小,当加热温度到达850℃时,喷丸层深度不足60μm,至1000℃时,喷丸层已经完全消失。

23微观组织及EDS能谱

3为喷丸层的微观组织形貌。可以明显地看出,喷丸层中各个区域形貌存在差异,由表及里可分为细碎晶层、多滑移层和单滑移层。对喷丸层的3个区域进行能谱分析,见图4。可以看出,喷丸层的Cr含量明显高于基体中的Cr含量,并且喷丸层Cr含量由内及外呈现逐渐增加的趋势(1753%-1894%-196%-2459%)。主要由于喷丸碎化了晶粒并产生了大量的滑移带和位错,增多的晶界、大量的位错和滑移带,为Cr元素向表面扩散提供了短路通道,加快了Cr元素的扩散速度。

为了进一步研究温度对S30432奥氏体不锈钢管内壁喷丸层的影响,对不同温度下喷丸层的3个区域进行能谱分析,重点分析Cr元素含量,见图5。当加热温度740770℃时,喷丸层中Cr含量均处于较高的水平(19%);随着加热温度提高至800850℃时,喷丸层中不同区域Cr含量均有所降低;1000℃时,Cr含量与基体相同,这与图2的试验结果完全符合。在740770℃温度范围,喷丸层仍保持良好的向外表面输送Cr元素的能力;800850℃温度范围,喷丸层的形变组织出现不同程度退化,向外表面输送Cr元素的能力降低。

3结论

1)喷丸层硬度随着加热温度的升高而逐渐降低,当加热温度由740℃增加至1000℃时,所测硬度与基体硬度相同,证实喷丸层已消失。2)原始态内喷丸钢管喷丸层深度约为126μm,分别经过740℃和780℃退火热处理后,喷丸层减少至1013μm9345μm,且随着加热温度的提高,喷丸层深度逐渐减小,温度到达850℃时,喷丸层深度不足60μm,至1000℃时,喷丸层已经完全消失。3)S30432不锈钢管内喷丸管在740770℃之间,喷丸层中Cr含量仍处于较高的水平,保持良好的向外表面输送Cr元素的能力。为了保证喷丸层组织和抗氧化性能不被破坏,确保喷丸处理的质量,首先应避免对内喷丸钢管进行超过1000℃固溶热处理,其次应保证内喷丸钢管焊后热处理温度不超过780℃。

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