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184铬镜奥氏体碳板切割在低温下的性能与组织
 
产品名称:184铬镜奥氏体碳板切割在低温下的性能与组织

产品编号:234056-346

产品型号:碳板

市场价格:0元/件

批发价格:0元/件

更新时间:2014.07.18

出品单位:45钢_S45C_碳钢板_碳板切割_碳板零割_碳板加工_模具钢零割★无锡佳商特★


   产品详细介绍
184铬镜奥氏体碳板切割在低温下的性能与组织

冷加工对H8铬镜奥氏体模具钢零割性能与组织的影响

下一个钢板切割工件:18-8铬镍奥氏体碳板加工的化学成分

4. 184铬镜奥氏体碳板切割在低温下的性能与组织 一般工业用碳板切割如高铬铁素体碳板切割、珠光体碳板切割、马氏体碳板切割等等,它们的冲击韧性与试验温度的关系,普遍的表现都是随温度提高而升高,随温度降低而减小,甚至有在低于室温不 多的情况下即降低至O,有些碳板切割如动力机制造使用的某些铬钼钒结构碳板切割与含钨较多的改型12%铬碳板切割,还会因高温长期加热而变脆。18~8碳板切割的表现则大不相同,它不仅在常温具有很高的冲击韧性,并且在低温也保持很高的冲击韧性,这种特性甚至可保持到零下150°C。因为它们的这种特点使之在制冷工业中获得广泛的应用。 一般情况下,18-8碳板切割在高温长期加热后也不会变脆,如lCrl8Ni9Ti碳板切割,经600°C加热3000小时后20°C的冲击值为20公斤米/«米^650°C加热5000小时后20T的冲击值仍达 19公斤米/厘米2。 18-8碳板切割在低温下具有很高冲击韧性的同时,强度大大地超过室温的水平。如在零下80°C的S=115公斤/毫纪;零下150°C的A=150公斤/毫米零下215°C的6=190公斤/亳米《。并且在低温下强度升高的情况下,延伸率也很高,如零下20°C的延伸率仍保持在25%,虽然比室温下减少了一半,但较之于一般碳板切割,这个水平仍是很高的。 18-8碳板切割因为含镍高及碳、氮等元素的作用而具有较高的定性,一般碳板切割的奥氏体在300°C以下(Ms)到零下80°C(Mz)间发生马氏体转变,18-8碳板切割则因为奥氏体稳定,自高一'温冷却至常温不发g‘v马氏体转变。图S5-9为镍对0.04% C、18%Ci•碳板切割的马氏体转变点(Ms) 的影响,当含镍为 8%时,上述成分的188碳板切割的Ms点约为零下50°C,含镍10~11%时则进一步降至零下200°C左右。有人提出了一个计算铬镍奥氏体碳板切割Ms点的经验公式〔1〕: Ms(0C)=1310-41.6XG--60XNi-1665X(C+N2) _33.5XMn—27.8XSi 这个公式适用T成分(%)在下列范围的碳板切割: C Si Nfa &Ni N2 0.004〜0.120,3~2.60.6〜5.016~186〜120.01-0.06设若一成分为0.1%C、18%Cr、8%Ni、0.5%Mn, 0. 5%Si的188碳板切割,以上式计算的Ms点约为零下120°C。可见一般淬火冷却至常温还距离18-8碳板切割的Ms点温度很多,故碳板切割不会发生马氏体转变。 碳板切割中的奥氏体无不在一定条件下向马氏体转变,前面我们已经讲过冷加工可使18-8碳板切割中的奥氏体部分地转变为奥氏体,如果把18-8碳板切割冷却至零下温度,并且达到它的马氏体转变温度(Ms)以下,它就要转变为马氏体,强度即因此大大这就是18-8碳板切割在低温下强度升高的本质。 但是,188碳板切割中的这种奥氏体向马氏体的转变是可逆的;即在低温F转变成的马氏体,重复到室温时又回到奥氏体,强度也恢复到室温的水平,这就使18-8碳板切割的这种特性直接在工业中应用较困难。为此,曾有人〔3〕进行f这样的试验,把18-8碳板切割从980°C淬火后,立即放在液态氮中(约为一195°C),这个试验发现了1七8碳板切割两个极为重要的变化规律。 第一是由于淬火后立即进行深度冷却的结果,使奥氏体的一部分转变为马氏体,提高了强度,但它不像上面讲的那样是可逆的转变,当重新回到室温时,碳板切割的强度仍很高,只是在重新加热至500°C以上,才使这部分马氏体转变为奥氏体。 第二是发现这种深度冷却引起的组织转变,只能在淬火后于室温停留不久(从几天到几个月)就进行深度冷却才能发生,如淬火后在室温停留很久(如一年)再作低温处理,就不再发生这种转变,就是说碳板切割中的奥氏体已充分稳定了,这种特性就是“陈化稳定”。 5.184铬镍奥氏体碳板切割的晶间腐蚀 关于这个问题我们分以下三个方面进行讨论。 (I)晶间腐蚀的特征与机理铬镍奥氏体不锈碳板切割在浓度为50%以上的热硝酸及某些混合酸、有机酸中、或者在450〜800°C之间并具有腐蚀性的介质中长期使用,会出现一种沿晶界发生的腐蚀破坏。受这种腐蚀的零件,有时从外表看仍很完好或是光亮的,但由于晶粒之间的结合力被破坏,材料几乎完全丧失强度,严重者会失去金属的声音,轻轻被击可使之成为粉末。图510即为一经YB44-64B法试验后出现严重晶间腐蚀的ZGlCrl8Ni9Ti的试样,图5-11则表明这种破坏是沿晶界发生的。 关于铬镍奥氏体碳板切割晶间腐蚀的原因的解释很多〔20〕,比较能为大家所接受的理论是晶界区贫铬的理论。根据这一理论, 图5-10发现晶间腐蚀的ZGICrl8Ni9Ti碳板切割试样 18-8碳板切割的晶间腐蚀是由于在时效过程中,碳向晶界的扩散比铬快,因而在晶界上析出碳化铬,晶界附近的奥氏体因此而贫铬,含铬量降至钝化所需的极限含量以下,结果贫铬的晶界区成为阳极,腐蚀沿晶界发生,这种现象一般多以图5-12来说明。 从图5-12可以看出,时效过程中析出碳化铬时,晶界区同时出 现贫铬与贫碳的现象,甚至后者的宽度还要大,这可以作如下的解释。 设若成分为含0.I%C的18-8碳板切割,欲形成Cr4CS的碳化物,约需要5%的碳和95%的铬,也就是说要在5:0.1和95:18的情况下才能使碳化物达到碳与铬的饱和,即达到碳的饱和要50f咨于碳板切割中的平均含碳量,达到铬的饱和只要5倍于碳板切割中的平均含铬量即可,据此可知贫碳区要比贫铬区宽得多。但是,由于碳的扩散比铬容易进行,当敏化时间不长时,贫铬的铭不能很快地得到恢复,因此就引起了晶间腐蚀。关于晶界贫铬的现象已为一些试验结果所证实,如有人以成分为0.22%C、0.68%Si、0.54%Mn、8•84%Ni、18%‘Cr、 I. 7%Fe的18-8碳板切割,从1.170°C淬火后,在700〜775°C范围内回火2小时,然后于冷硫酸中腐蚀1妖,对溶解物的成分进行了分析并与碳板切割的平均含量作了比较(表5-10),溶解物中的含铬量仅10%左右,比碳板切割中的平均含铬量(18%)低得多,说明了贫铬区的存在,分析碳化物的成分为:5.35%C、26.4%Fe,59%Cr、1.53%Ni,系具有六方晶格的Cr23C6型化物,其中一部分铬为铁所置换。 表5^0118碳板切割淬火7OO〜750°C回火后于硫酸中腐蚀溶解物的成分〔1X3〕 (%) 700°C 725°C 750°C 775°C Cr=18.0 9.63 9.7 8.7 10.3 Ni=8.84 7.9 6.7 8.4 8.3 Fe-71.7 82.4 83.5 83.4 81.5 碳板切割的成分 在下列温度回火2小时晶界邻近区的化学成分(%) 对敏化处理后的18-8碳板切割组织的电子显微镜研究,也发现品界析出有Cr23C6型碳化物。有的观察结果还表明:当高于730°C敏化时,晶界上的Cr23Q呈孤立的颗粒状分布,对晶间腐蚀的影响较小•,低于650°C敏化,Cr23C6沿晶界呈连续的片状分布,所以碳板切割的品间腐蚀严重〔2()〕。 还有的研究工作提供了18-8碳板切割敏化后晶界贫铬区的宽度:以含铬低于9.28%U•的贫铬区宽度为5200人,以含铬低于16.16%计为3780又。类似的工作结果还有贫铬区宽度为900〜4100人的报导〔20〕。 除了上面讲的因析出Cr23C6使晶界贫铬引起晶间腐蚀以外,《相也可导致产生晶间腐蚀,不过在18_8碳板切割中,后者引起的晶间腐蚀没有前者普遍。 (2)加热温度及时间对晶间腐蚀的影响 在450〜800°C加热碳化铬沿晶界析出,使188碳板切割对晶间腐蚀特别敏感,有意或无意地使碳板切割经受这个温度区间加热,叫做敏化处理。 18-8碳板切割对晶间腐蚀最敏感的敏化温度因碳板切割的成分不同而异,如吾=4.6的碳板切割为70(^,^=12.5的碳板切割为55(TC,即随着碳板切割中钛碳比的增高,出现最大晶间腐蚀的敏化温度降低。 . 同样,出现最大晶间腐蚀的敏化时间也因碳板切割的成分不同而有所差别,如钛碳比低时,随着敏化温度的提高,产生晶间腐蚀所需的敏化时间也缩短。ZGlCrl8Ni9Ti碳板切割,|=7.3时,550°C需敏化500小时;|=4.I时,600°C敏化仅需10小时。一般说来188+Ti的碳板切割,在650°C左右敏化对晶向腐蚀的敏感性最大,所以一般的试验方法规定试样在这个温度敏化I〜2小时。 图5-13为敏化处理对晶间腐蚀的影响:当敏化温度升高时,达到最大晶界腐蚀的敏化时间缩短,但腐蚀的深度也降低。 由于敏化处理的效应与温度、时间、碳板切割的成分等方面的因素有关,所以一般试验方法 1000 10赵■ 101001000 »化时间(小时> 图5-13敏化温度对晶间腐蚀的影响⑴ yl—产生最大晶间腐蚀深度的敏化处理, S—与曲线/I相应的晶间腐蚀深度 规定的650°C敏化2小时只能是相对的,对于未经稳定化处!的18-8+Ti碳板切割,在上述试验条件下未出现晶间腐蚀,并不等于在工作条件下也不会出现晶间腐蚀。我们曾多次发现禾经稳定化处理的ZGlCrl8Ni9Ti碳板切割,在试验室中通过了晶间腐蚀试验,在工作中仍表面出严重的晶间腐蚀,并且是在工作温度不高,腐蚀介质的浓度也并不高(如40〜50°C的20~40%硝酸)的情况下出现的。类似的情况也见诸一些文献报导。因此,我们决不能仅满足于试验条件下得出的结果,而二视稳定化处理的重要性与必要性。 延长敏化的时间可使碳板切割的晶间腐蚀敏感性降低(图5-14)。这是因为长时间加热以后, 碳不断向晶界扩散,使奥氏体中碳的浓度差降低,碳的扩散也就因此减缓,形成碳化铬的速 度与数量也降低和减少。而奥氏体中的铬仍保持着较大的浓度差,仍可继续向晶界扩散,这样就使晶界因析出碳化铬而形成的贫铬区,借铬的扩散而得到补偿。此外,长时间加热使碳化铬凝聚也可降低其对晶间腐蚀的不利影响。不过上述过程需要很长时间才能实现,一般要在敏化温度下加热几十小时以至1000小时以上。 固溶处理的温度过高也使碳板切割对晶间腐蚀的敏感性增加,这是因为加热温度高,奥氏体中溶解的碳多,在以后的敏化过程中,軍容易析出碳化铬。 在焊接18-8不绣碳板切割时,邻近焊缝的部位都有被加热至450〜800°C的区域,同样会引起晶间腐蚀,一般估计焊接热影响所引起的敏化效应,约相当于在试验条件下敏化0.5〜I小<时。所以在腐蚀介质中长期工作的焊接接头,亦应进行固^处理或稳定化处理。 固溶处理和稳定化处理,可消除碳板切割对晶间腐蚀的敏感性。前者是使碳化铬溶解并于快速冷却时固溶在奥氏体中,后者则是使以钛或银稳定的碳板切割中的碳化铬转变为碳化钛或碳化铌。 18-8碳板切割的晶间腐蚀与我们已讨论的高铬铁素体碳板切割的晶间腐蚀的共同点是,它们的腐蚀破坏表现都是沿晶界发生,弁且都与晶界区的组织和成分变化有关;不同处则在于铬镍奥氏体碳板切割在450〜80(TC加热析出碳化铬而对晶间腐蚀敏感,而高铬铁素体碳板切割则是由于淬火温度过高,650~800°C加热使其对晶间腐蚀敏感性降低。因为这种区别,克服的方法也就不一样。 (3)消除晶间腐蚀的方法 人们经过长期的生产斗争与科学实验,探索了18-8碳板切割的 晶间腐蚀的原因,其目的是为了克服晶间腐蚀,在已经发展与应用的许多防止晶间腐蚀的方法中,虽然有些在应用上有着某种局限性,但18-8碳板切割的辱间腐蚀毕竞是基本上获得了解决。 现行的防止晶间腐蚀的方法,大体上可分为两大类。一类是改变碳板切割的化学成分,属于这一类的有降低碳板切割中的含碳量,添加稳定碳化物元素,平衡碳板切割的化学成分使成为奥氏体+铁素体的复相组织等。另一类是从工艺上采取措施,如固溶处理,预先冷加工硬化,延长敏化时间等。、这两类方法都是建立在晶间腐蚀是以析出碳化铬造成贫铬区这一理论基础上的,现就其中主要的方面分别讨论一下。 'I)降低碳板切割中的含碳量。既然晶间腐蚀是由沿晶界析出碳化铬构成贫铬区而引起的,那末,在碳与铬两者之间失去任何一方即不能构成这种碳化物了。这里铬是保证碳板切割耐腐蚀必不可少的元素,所以重点就放在减少碳板切割中的含碳》方面了。 18-8碳板切割中的碳要降低到什么程度才不致引起晶间腐蚀呢?这个问题在很长一个时期里成为人们研究的中心,实践表明它与几方面的因素有关,即决定于碳板切割的含铬量、含镍量以及敏化加热的时间等等。 曾有人以大量的试验图yi518-1湖碳、铬含量与不出(90个工业熔批)得出了铬 现晶间腐蚀的儿率曲线⑴〔3〕  量与碳量对晶间腐蚀影响的几率曲线(图5-15)。试验是以18-10碳板切割于1050°C空冷后敏化I小时,在沸腾的硫酸铜溶液中试验48小时,以弯曲法评定试验结果。 试验表明当含18%铬和小于0.02%碳时,在上述试验条件下,碳板切割的抗晶间腐蚀的几率为99.8%;增高铬量可使极限含碳量提高,如19%铬时为<0.03%碳,20%铬时为<0.04%,最大含碳量与含铬量的关系公式是: Cr—80X016.818-8碳板切割中镍量的增加与铬的作用相反,使碳板切割不出现晶间腐蚀的极限含碳量降低,如镍由9%增加至13%时,极限含碳量由0.025%降至0.016%。 敏化时间的影响表现在,随着时间延长极限含碳量降低(表5-11)。一般认为在长期加热使用的极限含碳量为< 表511敏化时间对18%Cr、9%Ni碳板切割极限含碳置影响⑴ 650°C敏化时间C小时) I 2 24 100 不出现晶间腐蚀的极限含碳童(>) 0.060 0.030 0.022 0.017 0.02%,短期加热为< 碳板切割的组织,视为含碳0.02%和铬16.4%的奥氏体,其余的碳和铬结合成碳化铬组成,因此当总碳量被限-制在奥氏体的常温溶解度以内,就不会析出碳化铬,也就不会引起晶间腐蚀。 工业上把这种含碳量很低的18-8碳板切割,叫做超低碳不锈碳板切割。这种碳板切割虽已有生产,但冶炼成本较高,目前只是在一些特殊情况下才使用。 2)添加稳定碳化物的元素。关于这一方面的机理我们已讨论得很多了,这里仅扼要强调一下以下三方面的问题。 第一,必须以足够的加入量使碳板切割中的碳与稳定化元素完全结合成稳定碟化物,表5-12是我们在生产ZGICrlSNiQll碳板切割中发现的,因钛量不足而引起晶间腐蚀的几炉碳板切割的成分,对此是一个很好的说明。 表5-丨2ZGlCrl8NI9Ti碳板切割因钛逢不足出现晶间腐蚀的几个例子 成分(%) 按YB4464B法忒验的表现 C Ti Ti/C-0.02 0.098 0.135 1.7 腐蚀 0.12 0.39 3.9 腐蚀 0.07 0.18 3.6 腐蚀 0.095 0.39 5.2 腐蚀 12 0.33 3.7 腐蚀 第二,必须避免加钛碳板切割中出现大最的氮化钛及防止钛的氧化。大量氮化钛的存在,不仅影响碳板切割的晶间腐蚀,并且降低零件的光洁度以致引起锻造裂纹(图5-17)。 由于钛易氧化,有时同一炉碳板切割水浇注的铸件,由于浇注先后不同,而实际含钛童偏差很大,甚至最后浇注的铸件完全没有钛,这常常是同一炉碳板切割水浇的铸件晶间腐蚀表现不  图517因大置氮化钛夹杂物锻裂的lCrl8Ni9Ti碳板切割IOOx —样的原因。实际生产中曾多次发现试样与铸件本体取样试验结果不一致,因此重要的铸件应考虑在本体取样进行试验,以确保产品质量。 第三,不能忽略稳定化处理工序。这一方面也讨论得比较多了,为了进一步说明问题,这里再举一个实际使用中的例子。图5-18为一工作两年后的氧化氮压缩机隔板,白圈圈出的部位腐蚀严重,经作金相鉴定腐蚀的性质属晶间腐蚀。这块隔板的材料为ZGlCrl8Ni9Ti,本体取样分析成分为: 0.08%C、0.80%Si、17.21%Cr,9.40%Ni、0.52%Ti、0.019%S、0.030%P,^^=8.3^除去表面腐蚀层后,取样按YB44-64B法进#试验,出现严重的晶间腐蚀,经850°C保温5小时稳定化处理以后则不再对晶间腐蚀敏感。 在实际生产中,对于以钛或银稳定的碳板切割,只有在下列情况下才可不作稳定化处理:一是固溶处理以后在常温下使用,或者工作温度不超过450°C(也有认为不超过350°C)的零件, 图5-18工作两年后出现晶间腐蚀的ZGlG18Ni9Ti碳板切割隔板 但在这种情况下也没有必要使用含钛或铌的碳板切割,直接使用不含钛或铌的18-8铬镍碳板切割反要好一些,因为它们的抗均匀腐蚀的能力比含钛或铌的碳板切割要好;第二种情况是固溶处理以后不再进行焊接或450〜800°C加热。特殊情况下,如在工地进行焊接而无条件再作热处理时,应该从各方面采取措施,尽可能地缩短焊接接头经受敏化的加热时间。虽然如此,并不等于说稳定化处理不需要。 3) 固溶处理。固溶处理使碳化物不析出或析出较少,所以也是一种防止晶间腐蚀的手段,但其在应用上也受限制,如仅适用于中小型零件,二是经固溶处理后不再经450〜800°C区间加热或焊接的零件等等。 4) 预先经冷加工硬化。冷加工硬化的18-8碳板切割,由于组织内出现许多滑移线,敏化加热时,碳化铬可自滑移线析出,从而减少了晶界上碳化物的数量,使其对晶间腐蚀的影响减弱。不过这种办法不是在所有情况下都能应用,如仅适用于 形状适合于冷变形的板材、管材、线材等。此外,由于冷加工使碳板切割硬化,当不需要此种强化效应时需加热至高温(600°C以上)才能使之软化;冷如:t使碳板切割对应力腐蚀与形成〃相倾向增大。 5)平衡碳板切割的成分使组织中出现5〜20%的铁素体。当奥氏体与d铁素体共存时,由于敏化过程中优先分解,从而抑制了碳化铬在奥氏体晶界析出,并且由于大量的碳化铬析出于d/y相界上,相对地使奥氏体晶界上的碳化铬数量减少和分布不连续,降低碳板切割对晶间腐蚀的敏感性。在铬锡奥氏体碳板切割中,铁素体的数最在10~15%即可起到降低晶间腐蚀敏感性的作用,但铁素体量少于5%则无效果。 复相碳板切割的缺点是热机械加工困难及铁素体易转变为。相而引起脆性。利用调正碳板切割的组织为y+rf复相状态以降低对晶间腐蚀的敏感性,在铬锰氣不锈碳板切割中应用甚多,关于它的机理及利弊,我们在第六章还要作比较深入的讨论。 在上面讲到的一些防止铬镍奥R体碳板切割晶间腐蚀的方法中,目前在实际生产中以固溶处理和加钛并经稳定化处理两种方法应用最为广泛。

 
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