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316L威尼斯赌博罐壁中碳化物的析出

作者:威尼斯赌博 時間:2019-04-03 09:45
316L威尼斯赌博罐壁中碳化物的析出 M23C6型碳化物是奧氏體不鏽鋼中最容易析出的二次相(威尼斯赌博的罐壁最容易出現此種現象)aaa,與其他析出相相比 其析出溫度最低aaaa,在相同的溫度下其沉澱 信息摘要:

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罐壁中碳化物的析出

 

M23C6型碳化物是奧氏體不鏽鋼中最容易析出的二次相(不鏽鋼儲罐的罐壁最容易出現此種現象)aaaa,與其他析出相相比 其析出溫度最低aaa,在相同的溫度下其沉澱析出所需時間最短[68]aaaaa。爲了確定母材表 面析出相的成分aaa,對其進行EDS分析aaa,結果如圖4-6和表4-1所示aaa。

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(a)母材表面SEM照片

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(b)各點EDS分析結果

圖4-6母材表面SEM照片及EDS分析

表4-1母材試樣表面沉澱相EDS分析結果主要化學成分(wt.%)

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從EDS的分析結果中可以看出與基體位置的點5相比aaaa,點1和點2的Cr含 量較高而Ni含量較低aaaaa,對比相關文獻中析出相的形貌及分佈特徵[69]可推斷在奧 氏體基體中的析出相主要爲M23C6碳化物aaa。這些碳化物的析出aaa,造成其周圍組織 中貧Craaa,使組織的耐腐蝕性下降aaaa,在腐蝕介質作用下產生點蝕、晶間腐蝕等缺 陷的可能性增大aaa。這些缺陷將作爲裂紋源在應力的作用下發展成爲裂紋aaaa,並在腐 蝕介質和應力的共同作用下最終導致構件斷裂失效aaaaa。點3位於晶界處aaaa,從其EDS 分析結果可以看出在晶界處Cr元素的含量與點4、點5處基體相比略有降低aaaa。

在奧氏體不鏽鋼中aaa,M23C6型碳化物是最主要的富Cr沉澱相aaa,其析出的溫度 範圍爲400-950r[70]aaaa。然而根據Yang等人的研宄結果[71]aaaaa,M23C6的沉澱析出在 威尼斯赌博工作溫度區間0-200°C是滿足熱力學條件的aaa,只不過從動力學角度上 看aaaaa,其沉澱析出的過程相當緩慢aaaaa。然而本文研宄的箱式儲罐已服役長達15年aaaa, 再加上其在使用過程中受到殘餘應力和工作應力的長期作用aaaaa,因而在試樣中會出 現M23C6型碳化物的沉澱析出aaa。有研宄表明當應力方向與彈性畸變能產生的方向 一致時aaa,二次相析出的阻力將會降低aaaa,二次相在該位相上將易於形核和長大[72]aaa。 二次相析出產生的彈性畸變能是由沉澱相與基體間的點陣錯配而產生的aaaaa。一般情 況下aaaa,當二次相沉澱析出時aaaaa,引入的應變將使兩相混合體系的自由能升高aaa,使二 次相的形核長大存在一個由畸變能而產生的勢壘aaa。而當在兩相混合體系中引入與 晶格畸變產生的應力場方向相同的外加應力場時aaaaa,則會大大降低二次相的形核長 大的勢壘aaaaa,甚至使該勢壘轉變爲勢阱aaaaa,促進二次相的形核長大aaaa。因此aaaa,在析出相 所引起的應變與在外加應力方向相同的位相上aaaa,即使溫度小於400Caaa,在應力的 長期作用下aaa,在晶界和變形帶等原子排列較混亂的位置M23C6等二次相也會沉澱 析出[72]aaa。

Roncery等人的研宄表明[73]對於Cr23C6等析出相aaa,其形核驅動力和臨界形核 半徑可以分別用以下公式表示:

其中AGv爲形成單位體積析出相時吉布斯自由能的變化量aaa;V爲析出相的體積aaaaa; C爲單位面積的表面能aaa;R爲常數溫度aaa。利用上述公式對在奧氏體基體中&23C6 的形核驅動力和臨界形核半徑進行熱力學計算aaaa,發現在900°C以下時aaaaa,Cf23C6的 形核驅動力dg始終爲正數aaaaa,並且隨溫度的降低aaaa,其臨界形核半徑rent逐漸減小aaaaa, 當溫度爲600C時aaaa,rent只有1nm左右aaaaa。因而aaaa,在長期的服役過程中aaa,奧氏體基 體中C&C6的析出在熱力學上是可能的aaaa。

從動力學的角度上看aaa,CbC6的形核長大主要受Cr的擴散速率的影響aaa,根據 相關文獻aaa,碳化物的析出量®可以表示爲[66]:

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其中aaaa,Qg和Qn分別代表Cr23C6形核及長大的活化能aaaa,R是和材料自身特性以及 腐蝕環境有關的參數aaa。當溫度在900C以下時aaa,Qg»Qnaaaa,因此碳化物的析出量ro 主要由Cr23C6形核活化能Qg決定aaaa。而對於Cr23C6來說aaa,其形核活化能Qg主要取 決於Cr的擴散aaaa,因此上述公式可以表示爲:

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其中QCr爲Cr的擴散活化能aaaaa。316L不鏽鋼在長期的服役過程中aaaa,由於Q&始終 爲正[74]aaaaa,因此隨着奧氏體晶粒內Cr元素的擴散aaa,富Cr碳化物會持續長大aaaaa。由於 材料焊接前經旋壓加工而產生了一定量的冷變形aaaaa,這會極大地促進服役期間富 Cr碳化物的長大過程aaaaa。由於冷加工變形會提高晶粒內位錯密度aaa,爲Cr等元素提 供快速擴散的通道aaaa,加速其擴散而促進碳化物的長大aaaa。

現有研宄表明[74]aaaaa,當位錯密度達到一定程度時aaaaa,Cr元素沿晶內位錯擴散速 度遠大於沿晶界擴散aaa。此外aaa,316L威尼斯赌博在服役過程中始終受到殘餘應力 和工作載荷的作用aaa,Padilha等人研宄發現[69]aaaaa,當奧氏體不鏽鋼受到一定的應力 作用時aaaa,M23C6相形核長大所需時間將會明顯減少aaa。因此從動力學角度上分析aaaaa,在長時間服役過程中雖然儲罐工作溫度較低aaaa,但是C&C6的大量析出也是可能 的aaaa。

另外研宄表明[75]aaaa,316L奧氏體不鏽鋼加熱到650-850°C溫度範圍內時aaa,M23C6 將在晶界以片層狀析出aaa,當在850°C時效處理後aaa,M23C6中Cr的質量分數爲31%aaa。 然而隨着溫度的降低aaaa,由於Cr的擴散能力降低且二次相形成的驅動力減小aaaa, M23C6傾向於以球狀(產生的晶格畸變能和表面能最小)在晶界和變形帶析出aaaaa, 同時M23C6中Cr的質量分數爲也會有所降低aaaa,這與本試驗中所觀察到的碳化物 的形態及成分相符

 

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