双相不锈钢磨损腐蚀的机理及强化途径
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材 料 开 发 与 应 用
2010年 6月
文章编号 : 100321545 (2010) 0320084205
双相不锈钢磨损腐蚀的机理及强化途径
郭绪镇 ,董 飞 ,李镜银 ,吴智信
(中国船舶重工集团公司第七二五研究所 ,河南 洛阳 471039)
摘 要 :本文介绍了铸造双相不锈钢磨损腐蚀的机理 ,综述了形变强化 、第二相强化 、热处理及微量元素合金 化等强化双相不锈钢耐磨损腐蚀性能的途径 。对指导双相不锈钢的材料设计 、性能研究 ,特别是新型抗冲刷 腐蚀磨损材料的应用等起到一定的指导作用 。 关键词 :双相不锈钢 ;磨损腐蚀 ;形变强化 ;第二相强化 ;热处理 中图分类号 : TG 172 文献标识码 : A
目前发展耐磨损腐蚀性能的双相不锈钢可 采用的途径有形变强化 、第二相强化 、恰当的热 处理制度及微量元素合金化等 。 211 形变强化
双相不锈钢比单相不锈钢具有更好的耐磨 蚀性能 ,这源于合金中低 N i的 γ相的形变强化 能力 [ 12, 13 ] 。众所周知 ,奥氏体钢易发生形变强化 和形变诱发相变 ,从而增加材料的硬度并提高其 耐磨性 。由于形变强化对材料的耐腐蚀性不产 生明显影响 ,故可以利用它改善腐蚀环境中不锈 钢的耐磨蚀性能 [ 14, 15 ] 。
2 强化双相不锈钢耐磨损腐蚀性能 的途径 [ 12, 14 ]
在恶劣的工况下 ,双相不锈钢很容易产生严 重的磨蚀现象 ,因而在保证耐腐蚀性能的前提 下 ,应从材料成分设计 、材料制造工艺 、材料耐冲 刷腐蚀性能等方面进行进一步优化和开发 ,提高 双相不锈钢的耐磨性能 ,延长双相不锈钢铸件的 使用寿命 。
张少宗 、施瑞鹤 、黄良余 [ 18 ]等人研究了热处 理制度对双相不锈钢的硬度以及耐腐蚀磨损性 能的影响 。结果表明 ,经同一固溶工艺处理后的 双相不锈钢 ,时效温度越高 ,则材料硬度越低 ,仅 经固溶处理的双相不锈钢硬度最低 。经固溶 + 时效处理的双相不锈钢与仅经固溶处理的相比 , 耐腐蚀磨损性能好 ,但耐腐蚀性能差 。介质温度 升高 ,双相不锈钢的腐蚀 、磨蚀失重增加 ,腐蚀与 磨损交互作用引起的失重增加 。
襄樊五二五厂生产的叶轮用材料 CD4MCu ( ZG00C r25N i5Mo2Cu)就是利用形变强化提高耐 磨蚀性能的一种双相不锈钢 , 与 304、20Cb3 和 Cr30相比 ,具有更好的耐磨蚀性能 ,主要来源于 其在运行过程中强的表面加工硬化能力 。这是 由其双相组织决定的 ,低 N i的面心立方 γ相层 错能低 ,属亚稳奥氏体结构 ,在表面剪切应力作
腐蚀磨损性能 [ 4 ] 。双相不锈钢良好的力学性能 也是它具有优秀的抗磨损腐蚀性能的重要原因 。 它强度较高 ,晶格在相同应力下难以产生较大的 滑移 ,因此 ,表面膜不易破裂 。同时 ,第二相的存 在阻碍 了 裂 纹 的 扩 展 , 提 高 了 抗 磨 损 腐 蚀 性 能 [ 6 ] 。在受到液流或固体颗粒冲击时 ,塑性较好 的奥氏体还会发生马氏体相变 , 吸收了部分能 量 ,减 少 钝 化 膜 的 破 坏 , 减 缓 了 磨 损 腐 蚀 的 发生 [ 7 ] 。
用下 ,产生大量的位错增殖 ,故其形变强化能力 强 。α相的形变强化能力小 ,使之在形变过程中 起到缓冲作用 ,能抑制裂纹的扩展 ,使被磨损的 材料在宏观上表现为外强内韧 ,这种效果在高荷 载条件下尤为明显 ,从而表现出较高的耐Βιβλιοθήκη Baidu性 。
由此可见 , 形变强化是一种十分有用的手 段 ,因为加工硬化虽然会增加材料的表面活性 , 但它不会明显降低材料的耐蚀性 ,而这种强化又 产生于运行过程中 ,即依靠自身形变能力提高的 表面耐磨性 ,使零件变得外强内韧 ,这要比整体 硬度高的材料具有更好的工艺适应性 ,因而有利 于推广应用 。 212 第二相强化
双相不锈钢的磨损腐蚀不是冲刷作用与腐 蚀作用的简单叠加 ,但两种损伤哪一种占据主导 作用 ,由于磨损腐蚀研究还不完善以及试验方法 的不同还存在争议 [ 8 ] 。
采用 旋 转 圆 筒 电 极 研 究 CD4MCu ( ASTM 2 A890 标准 ZG0C r25N i5MoCu)双相不锈钢在水砂 两相流中的磨损腐蚀时 ,它的腐蚀失重只占总失 重 的 518% [ 9 ] , 几 乎 可 以 忽 略 。 而 对 ZG0Cr25N i6Mo3CuN 双相不锈钢在以 上条 件下 的冲刷腐蚀的研究证明 [ 5 ] ,电化学因素占据主要 作用 ,磨损腐蚀为钝化膜的化学溶解过程所控 制 。双相不锈钢 0C r25N i6Mo3CuN 在流动 介质 中的极化曲线得到了同样的研究结果 [ 10 ] 。
采用销环式腐蚀磨损试验机 ,研究固溶处理 温度对双相不锈钢在硫酸介质中腐蚀磨损行为 的影响 。测得的腐蚀磨损率 —载荷关系曲线 [ 17 ] 表明 :较高温度固溶的双相不锈钢在低载荷下的 腐蚀磨损性比低温固溶的要好 ,而在高载荷下却 恰恰相反 。这主要是因为固溶温度低 ,γ相含量 高 ,合金形变强化能力强 ;固溶温度高 ,α相含量 高 ,虽然硬度大但形变强化能力弱 。在低载荷 下 ,由于磨损变形小 ,硬度在腐蚀磨损中起主导 作用 ,因此随固溶温度增高 ,合金的腐蚀磨损率 降低 。在高载荷下 ,磨损变形量大 ,低固溶温度 样品的磨损表面由于形变强化而变硬 ,有利于提 高耐磨性 。
依靠合金中硬度高的第二相如碳化物 、氮化 物及金属间化合物 (σ、Laves、χ相等 )相在磨损 过程中承受载荷 ,防止粘着 、阻挡犁削的作用 ,以 及阻碍位错运动 ,有利于提高耐磨性 ,这也是提 高双相不锈钢耐磨性的常用方法 。
但必须注意区分第二相的行为 ,因为合金中 可用以提高耐磨性的第二相大多是导体化合物 , 如金属间相 、碳化物 、磷化物 、硼化物及某些氮化 物 ,而氧化物 、硫化物及某些氮化物却是非导体 相 ,它们不致影响基体的腐蚀 。导体化合物的第 二相在腐蚀原电池中因电位较高扮演阴极角色 , 有些第二相因与基体电位差大而阴极性能较强 , 如碳化物 ,它们加速了材料的腐蚀而不能在耐腐 蚀磨损合金中应用 。另一类导体化合物如金属 间相虽然也是阴极相 ,但阴极极化作用较弱 ,对 材料耐蚀性能影响不大而在强化耐磨蚀合金中 得以应用 [ 14 ] ,如金属间化合物 σ相 ,其强化虽然 稍许影响了耐蚀性 ,但合金硬度大幅度上升 ,在 软的 γ基体上镶嵌硬质点相的合金组织 ,非常有 利于提高耐磨性 。
热处理对磨损腐蚀行为的影响可用双相不
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材 料 开 发 与 应 用
2010年 6月
锈钢组织随固溶温度变化来说明 ,因为随固溶温 度的不同 ,不仅相比例发生变化 ,而且还涉及到 其他相 ,如碳 、氮化合物等的析出 、溶解以及合金 元素的重新分配等问题 ,这些都会影响双相不锈 钢的力学性能 。
用 A ISI304钢和 C r2M n2N 双相不锈钢进行磨 损和腐蚀磨损试验 ,测定磨损和磨蚀的体积损失 随载荷及接触应力的变化关系及磨痕的显微硬 度 ,观察了磨痕形貌及 Cr2M n2N 双相不锈钢形变 引起的位错滑移及增殖 [ 16 ] 。证明双相 C r2M n2N 不锈钢具有较强的形变强化能力 ,良好的耐磨性 和耐腐蚀性 。在不降低合金耐蚀性的前提下 ,利 用合金本身的形变强化能力提高其耐磨蚀性能 , 是一种开发耐磨蚀合金的有效途径 。
第 25卷第 3期
郭绪镇等 :双相不锈钢磨损腐蚀的机理及强化途径
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“绝热剪切 —导致剥落 ”机理 、挤压锻造“成片 ” 机理 、脱层理论机理 [ 11 ] 。
国内开展的腐蚀磨损研究侧重在具体工程 项目评价和材料开发方面 ,当前还没有对冲刷腐 蚀规律的系统研究 ,关于冲刷腐蚀的研究还需深 入地进行 。
采用失重法 、极化曲线法对不同热处理条件 下双 相 钢 ( 0Cr25N i6Mo3CuN ) 在 流 动 的 315% (质量浓度 ) NaCl中性盐水中的磨损腐蚀规律及 机理进行探讨发现 [ 21 ] ,固溶态双相钢经适当时 效强化处理 ,有助于提高在流动盐水中的耐磨损 腐蚀性能 。
因此双相不锈钢的热处理工艺应视服役条 件而定 ,以磷酸料浆泵为例 ,如果料浆中固相粒 子含量少或叶轮转速低 ,可选择较高的固溶处理 温度 ,但应低于 1200℃。反之 ,则选低温固溶处 理温度为宜 。 214 微量元素合金化
对耐蚀性影响不大而有助于改善耐磨性的 手段 ,用来发展耐磨蚀合金的思路是可行的 ,但 使用时必须结合工况 ,并注意其可能给材料工艺 及综合性能带来的影响 。 213 热处理
热处理是改善合金性能最常用的工艺方法 , 因此根据双相不锈钢及其服役环境 ,采用适当的 热处理工艺 ,在提高合金耐磨损腐蚀性措施中 , 也是可以应用的 。
1 双相不锈钢磨损腐蚀的机理
金属材料的磨损腐蚀是涉及材料学 、腐蚀电 化学 、流体力学和传递过程等多学科交叉的一个 研究领域 ,腐蚀过程十分复杂 ,影响因素多 ,从机 理上看磨损腐蚀是在流动条件下机械和电化学 共同作用于材料的结果 [ 2 ] 。
双相不锈钢优秀的耐磨损腐蚀性能是其优 异的耐腐蚀性 、较高的力学性能 ,特别是形变强 化能力的综合体现 [ 5 ] 。双相不锈钢中低 N i的 γ 相由于磨损变形而使位错增殖 ,氮 、碳化合物钉 扎位错形成高密度位错网络的胞状结构 ,使磨损 面硬度大幅度提高 ,从而提高了双相不锈钢的耐
双相不锈钢中加入某些微量元素以提高其 综合性能 ,对强化材料耐磨损腐蚀性能也是一种 有效的手段 。这些微量元素有的通过固溶 ,有的 形成弥散强化相 ,有的净化基体组织而对合金起 强化作用 ,但均不明显降低耐蚀性 。
在双相不锈钢中 ,加入并控制氮含量可使 α 和 γ相量保持在 1 ∶1,从而获得较好的综合性 能 ,使合金的耐磨蚀性能得到改善 。适当的提高 含碳量 ,在不明显降低不锈钢耐蚀性能前提下对 提高耐磨性有利 ,也有利于降低材料的腐蚀磨损 率 。微量合金元素 V、Nb的加入可以细化晶粒 , 起到细晶强化作用 。因为晶粒越小 ,即单位横截 面上的晶粒数量越多 ,形变的抗力就大 ,细晶材 料不仅屈服强度高 ,而且塑性和韧性也好 。 Ti、 V、Nb等强碳化物形成元素 ,与 C形成的 MC型 碳化物细颗粒 ,还有弥散强化作用 ,在摩擦力作 用下可阻挡犁削磨损 。稀土元素也有细化晶粒 的作用 ,还可以净化双相不锈钢的晶界 ,对提高 合金的耐磨性也有明显作用 。
目前冲刷腐蚀磨损的研究工作主要集中在 各影响参数的影响规律 、磨损与腐蚀交互作用和 冲刷腐蚀磨损控制方法上 。已提出的许多种冲 蚀磨损机理 ,其中影响较大的有切削磨损机理 、 变形磨损机理 、低周疲劳磨损机理 、局部化机理 、
收稿日期 : 2009 - 12 - 12 作者简介 :郭绪镇 ,研究方向 :双相不锈钢脱硫泵 。 Email: guoxuzhen_725@1261com。
双相不锈钢是钢铁组织复合化的典型代表 , 它将奥氏体不锈钢所具有的优良韧性和焊接性 与铁素体不锈钢所具有的较高强度和耐氯化物 应力腐蚀性能结合在一起 [ 1 ] 。双相不锈钢基于 这些优异的性能 ,使其作为一种重要的结构材 料 ,广泛应用在炼油 、石化 、造纸和化肥等工业领 域中 ,成为管道的弯头 、三通及泵叶轮 、阀 、搅拌 器 、热交换器等设备的过流部件优选材料 [ 2 ] 。但 由于服役工况复杂恶劣 ,双相不锈钢铸件易产生 严重的冲刷腐蚀和汽蚀现象 , 使用寿命大大降 低 。国内外对双相不锈钢在不同介质条件下的 磨损腐蚀行为已有很多报道 [ 3～5 ] ,因而如何强化 双相不锈钢的耐磨损腐蚀性能成为研究的重点 。
选用两种双相不锈钢在 1200℃固溶后 , 于 760℃分别时效不同时间 ,研究其相结构 、硬度在 几种典型腐蚀介质中的电化学腐蚀行为 [ 19 ] ,分 析认为 ,在一定腐蚀条件下 ,可以通过时效提高 材料硬度 ,来提高零件磨损腐蚀综合抗力 。经过 研究稀土双相不锈钢的时效硬化行为 [ 20 ]同样可 以证明 ,对于服役条件以磨损腐蚀为主的双相不 锈钢制零件 ,如果韧性要求不高 ,则可以适当利 用时效硬化效应来提高其耐磨蚀性以延长使用 寿命 。
材 料 开 发 与 应 用
2010年 6月
文章编号 : 100321545 (2010) 0320084205
双相不锈钢磨损腐蚀的机理及强化途径
郭绪镇 ,董 飞 ,李镜银 ,吴智信
(中国船舶重工集团公司第七二五研究所 ,河南 洛阳 471039)
摘 要 :本文介绍了铸造双相不锈钢磨损腐蚀的机理 ,综述了形变强化 、第二相强化 、热处理及微量元素合金 化等强化双相不锈钢耐磨损腐蚀性能的途径 。对指导双相不锈钢的材料设计 、性能研究 ,特别是新型抗冲刷 腐蚀磨损材料的应用等起到一定的指导作用 。 关键词 :双相不锈钢 ;磨损腐蚀 ;形变强化 ;第二相强化 ;热处理 中图分类号 : TG 172 文献标识码 : A
目前发展耐磨损腐蚀性能的双相不锈钢可 采用的途径有形变强化 、第二相强化 、恰当的热 处理制度及微量元素合金化等 。 211 形变强化
双相不锈钢比单相不锈钢具有更好的耐磨 蚀性能 ,这源于合金中低 N i的 γ相的形变强化 能力 [ 12, 13 ] 。众所周知 ,奥氏体钢易发生形变强化 和形变诱发相变 ,从而增加材料的硬度并提高其 耐磨性 。由于形变强化对材料的耐腐蚀性不产 生明显影响 ,故可以利用它改善腐蚀环境中不锈 钢的耐磨蚀性能 [ 14, 15 ] 。
2 强化双相不锈钢耐磨损腐蚀性能 的途径 [ 12, 14 ]
在恶劣的工况下 ,双相不锈钢很容易产生严 重的磨蚀现象 ,因而在保证耐腐蚀性能的前提 下 ,应从材料成分设计 、材料制造工艺 、材料耐冲 刷腐蚀性能等方面进行进一步优化和开发 ,提高 双相不锈钢的耐磨性能 ,延长双相不锈钢铸件的 使用寿命 。
张少宗 、施瑞鹤 、黄良余 [ 18 ]等人研究了热处 理制度对双相不锈钢的硬度以及耐腐蚀磨损性 能的影响 。结果表明 ,经同一固溶工艺处理后的 双相不锈钢 ,时效温度越高 ,则材料硬度越低 ,仅 经固溶处理的双相不锈钢硬度最低 。经固溶 + 时效处理的双相不锈钢与仅经固溶处理的相比 , 耐腐蚀磨损性能好 ,但耐腐蚀性能差 。介质温度 升高 ,双相不锈钢的腐蚀 、磨蚀失重增加 ,腐蚀与 磨损交互作用引起的失重增加 。
襄樊五二五厂生产的叶轮用材料 CD4MCu ( ZG00C r25N i5Mo2Cu)就是利用形变强化提高耐 磨蚀性能的一种双相不锈钢 , 与 304、20Cb3 和 Cr30相比 ,具有更好的耐磨蚀性能 ,主要来源于 其在运行过程中强的表面加工硬化能力 。这是 由其双相组织决定的 ,低 N i的面心立方 γ相层 错能低 ,属亚稳奥氏体结构 ,在表面剪切应力作
腐蚀磨损性能 [ 4 ] 。双相不锈钢良好的力学性能 也是它具有优秀的抗磨损腐蚀性能的重要原因 。 它强度较高 ,晶格在相同应力下难以产生较大的 滑移 ,因此 ,表面膜不易破裂 。同时 ,第二相的存 在阻碍 了 裂 纹 的 扩 展 , 提 高 了 抗 磨 损 腐 蚀 性 能 [ 6 ] 。在受到液流或固体颗粒冲击时 ,塑性较好 的奥氏体还会发生马氏体相变 , 吸收了部分能 量 ,减 少 钝 化 膜 的 破 坏 , 减 缓 了 磨 损 腐 蚀 的 发生 [ 7 ] 。
用下 ,产生大量的位错增殖 ,故其形变强化能力 强 。α相的形变强化能力小 ,使之在形变过程中 起到缓冲作用 ,能抑制裂纹的扩展 ,使被磨损的 材料在宏观上表现为外强内韧 ,这种效果在高荷 载条件下尤为明显 ,从而表现出较高的耐Βιβλιοθήκη Baidu性 。
由此可见 , 形变强化是一种十分有用的手 段 ,因为加工硬化虽然会增加材料的表面活性 , 但它不会明显降低材料的耐蚀性 ,而这种强化又 产生于运行过程中 ,即依靠自身形变能力提高的 表面耐磨性 ,使零件变得外强内韧 ,这要比整体 硬度高的材料具有更好的工艺适应性 ,因而有利 于推广应用 。 212 第二相强化
双相不锈钢的磨损腐蚀不是冲刷作用与腐 蚀作用的简单叠加 ,但两种损伤哪一种占据主导 作用 ,由于磨损腐蚀研究还不完善以及试验方法 的不同还存在争议 [ 8 ] 。
采用 旋 转 圆 筒 电 极 研 究 CD4MCu ( ASTM 2 A890 标准 ZG0C r25N i5MoCu)双相不锈钢在水砂 两相流中的磨损腐蚀时 ,它的腐蚀失重只占总失 重 的 518% [ 9 ] , 几 乎 可 以 忽 略 。 而 对 ZG0Cr25N i6Mo3CuN 双相不锈钢在以 上条 件下 的冲刷腐蚀的研究证明 [ 5 ] ,电化学因素占据主要 作用 ,磨损腐蚀为钝化膜的化学溶解过程所控 制 。双相不锈钢 0C r25N i6Mo3CuN 在流动 介质 中的极化曲线得到了同样的研究结果 [ 10 ] 。
采用销环式腐蚀磨损试验机 ,研究固溶处理 温度对双相不锈钢在硫酸介质中腐蚀磨损行为 的影响 。测得的腐蚀磨损率 —载荷关系曲线 [ 17 ] 表明 :较高温度固溶的双相不锈钢在低载荷下的 腐蚀磨损性比低温固溶的要好 ,而在高载荷下却 恰恰相反 。这主要是因为固溶温度低 ,γ相含量 高 ,合金形变强化能力强 ;固溶温度高 ,α相含量 高 ,虽然硬度大但形变强化能力弱 。在低载荷 下 ,由于磨损变形小 ,硬度在腐蚀磨损中起主导 作用 ,因此随固溶温度增高 ,合金的腐蚀磨损率 降低 。在高载荷下 ,磨损变形量大 ,低固溶温度 样品的磨损表面由于形变强化而变硬 ,有利于提 高耐磨性 。
依靠合金中硬度高的第二相如碳化物 、氮化 物及金属间化合物 (σ、Laves、χ相等 )相在磨损 过程中承受载荷 ,防止粘着 、阻挡犁削的作用 ,以 及阻碍位错运动 ,有利于提高耐磨性 ,这也是提 高双相不锈钢耐磨性的常用方法 。
但必须注意区分第二相的行为 ,因为合金中 可用以提高耐磨性的第二相大多是导体化合物 , 如金属间相 、碳化物 、磷化物 、硼化物及某些氮化 物 ,而氧化物 、硫化物及某些氮化物却是非导体 相 ,它们不致影响基体的腐蚀 。导体化合物的第 二相在腐蚀原电池中因电位较高扮演阴极角色 , 有些第二相因与基体电位差大而阴极性能较强 , 如碳化物 ,它们加速了材料的腐蚀而不能在耐腐 蚀磨损合金中应用 。另一类导体化合物如金属 间相虽然也是阴极相 ,但阴极极化作用较弱 ,对 材料耐蚀性能影响不大而在强化耐磨蚀合金中 得以应用 [ 14 ] ,如金属间化合物 σ相 ,其强化虽然 稍许影响了耐蚀性 ,但合金硬度大幅度上升 ,在 软的 γ基体上镶嵌硬质点相的合金组织 ,非常有 利于提高耐磨性 。
热处理对磨损腐蚀行为的影响可用双相不
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材 料 开 发 与 应 用
2010年 6月
锈钢组织随固溶温度变化来说明 ,因为随固溶温 度的不同 ,不仅相比例发生变化 ,而且还涉及到 其他相 ,如碳 、氮化合物等的析出 、溶解以及合金 元素的重新分配等问题 ,这些都会影响双相不锈 钢的力学性能 。
用 A ISI304钢和 C r2M n2N 双相不锈钢进行磨 损和腐蚀磨损试验 ,测定磨损和磨蚀的体积损失 随载荷及接触应力的变化关系及磨痕的显微硬 度 ,观察了磨痕形貌及 Cr2M n2N 双相不锈钢形变 引起的位错滑移及增殖 [ 16 ] 。证明双相 C r2M n2N 不锈钢具有较强的形变强化能力 ,良好的耐磨性 和耐腐蚀性 。在不降低合金耐蚀性的前提下 ,利 用合金本身的形变强化能力提高其耐磨蚀性能 , 是一种开发耐磨蚀合金的有效途径 。
第 25卷第 3期
郭绪镇等 :双相不锈钢磨损腐蚀的机理及强化途径
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“绝热剪切 —导致剥落 ”机理 、挤压锻造“成片 ” 机理 、脱层理论机理 [ 11 ] 。
国内开展的腐蚀磨损研究侧重在具体工程 项目评价和材料开发方面 ,当前还没有对冲刷腐 蚀规律的系统研究 ,关于冲刷腐蚀的研究还需深 入地进行 。
采用失重法 、极化曲线法对不同热处理条件 下双 相 钢 ( 0Cr25N i6Mo3CuN ) 在 流 动 的 315% (质量浓度 ) NaCl中性盐水中的磨损腐蚀规律及 机理进行探讨发现 [ 21 ] ,固溶态双相钢经适当时 效强化处理 ,有助于提高在流动盐水中的耐磨损 腐蚀性能 。
因此双相不锈钢的热处理工艺应视服役条 件而定 ,以磷酸料浆泵为例 ,如果料浆中固相粒 子含量少或叶轮转速低 ,可选择较高的固溶处理 温度 ,但应低于 1200℃。反之 ,则选低温固溶处 理温度为宜 。 214 微量元素合金化
对耐蚀性影响不大而有助于改善耐磨性的 手段 ,用来发展耐磨蚀合金的思路是可行的 ,但 使用时必须结合工况 ,并注意其可能给材料工艺 及综合性能带来的影响 。 213 热处理
热处理是改善合金性能最常用的工艺方法 , 因此根据双相不锈钢及其服役环境 ,采用适当的 热处理工艺 ,在提高合金耐磨损腐蚀性措施中 , 也是可以应用的 。
1 双相不锈钢磨损腐蚀的机理
金属材料的磨损腐蚀是涉及材料学 、腐蚀电 化学 、流体力学和传递过程等多学科交叉的一个 研究领域 ,腐蚀过程十分复杂 ,影响因素多 ,从机 理上看磨损腐蚀是在流动条件下机械和电化学 共同作用于材料的结果 [ 2 ] 。
双相不锈钢优秀的耐磨损腐蚀性能是其优 异的耐腐蚀性 、较高的力学性能 ,特别是形变强 化能力的综合体现 [ 5 ] 。双相不锈钢中低 N i的 γ 相由于磨损变形而使位错增殖 ,氮 、碳化合物钉 扎位错形成高密度位错网络的胞状结构 ,使磨损 面硬度大幅度提高 ,从而提高了双相不锈钢的耐
双相不锈钢中加入某些微量元素以提高其 综合性能 ,对强化材料耐磨损腐蚀性能也是一种 有效的手段 。这些微量元素有的通过固溶 ,有的 形成弥散强化相 ,有的净化基体组织而对合金起 强化作用 ,但均不明显降低耐蚀性 。
在双相不锈钢中 ,加入并控制氮含量可使 α 和 γ相量保持在 1 ∶1,从而获得较好的综合性 能 ,使合金的耐磨蚀性能得到改善 。适当的提高 含碳量 ,在不明显降低不锈钢耐蚀性能前提下对 提高耐磨性有利 ,也有利于降低材料的腐蚀磨损 率 。微量合金元素 V、Nb的加入可以细化晶粒 , 起到细晶强化作用 。因为晶粒越小 ,即单位横截 面上的晶粒数量越多 ,形变的抗力就大 ,细晶材 料不仅屈服强度高 ,而且塑性和韧性也好 。 Ti、 V、Nb等强碳化物形成元素 ,与 C形成的 MC型 碳化物细颗粒 ,还有弥散强化作用 ,在摩擦力作 用下可阻挡犁削磨损 。稀土元素也有细化晶粒 的作用 ,还可以净化双相不锈钢的晶界 ,对提高 合金的耐磨性也有明显作用 。
目前冲刷腐蚀磨损的研究工作主要集中在 各影响参数的影响规律 、磨损与腐蚀交互作用和 冲刷腐蚀磨损控制方法上 。已提出的许多种冲 蚀磨损机理 ,其中影响较大的有切削磨损机理 、 变形磨损机理 、低周疲劳磨损机理 、局部化机理 、
收稿日期 : 2009 - 12 - 12 作者简介 :郭绪镇 ,研究方向 :双相不锈钢脱硫泵 。 Email: guoxuzhen_725@1261com。
双相不锈钢是钢铁组织复合化的典型代表 , 它将奥氏体不锈钢所具有的优良韧性和焊接性 与铁素体不锈钢所具有的较高强度和耐氯化物 应力腐蚀性能结合在一起 [ 1 ] 。双相不锈钢基于 这些优异的性能 ,使其作为一种重要的结构材 料 ,广泛应用在炼油 、石化 、造纸和化肥等工业领 域中 ,成为管道的弯头 、三通及泵叶轮 、阀 、搅拌 器 、热交换器等设备的过流部件优选材料 [ 2 ] 。但 由于服役工况复杂恶劣 ,双相不锈钢铸件易产生 严重的冲刷腐蚀和汽蚀现象 , 使用寿命大大降 低 。国内外对双相不锈钢在不同介质条件下的 磨损腐蚀行为已有很多报道 [ 3～5 ] ,因而如何强化 双相不锈钢的耐磨损腐蚀性能成为研究的重点 。
选用两种双相不锈钢在 1200℃固溶后 , 于 760℃分别时效不同时间 ,研究其相结构 、硬度在 几种典型腐蚀介质中的电化学腐蚀行为 [ 19 ] ,分 析认为 ,在一定腐蚀条件下 ,可以通过时效提高 材料硬度 ,来提高零件磨损腐蚀综合抗力 。经过 研究稀土双相不锈钢的时效硬化行为 [ 20 ]同样可 以证明 ,对于服役条件以磨损腐蚀为主的双相不 锈钢制零件 ,如果韧性要求不高 ,则可以适当利 用时效硬化效应来提高其耐磨蚀性以延长使用 寿命 。