鄭州工業(yè)不銹鋼所選的材料應該如何評估？

時(shí)間：2019-03-18

　　鄭州工業(yè)不銹鋼材料的評估

　　材料的評估包括材料的性能和冶金方面的試驗，含金屬連接在內的加工性的檢測以及在實(shí)驗室和現場(chǎng)試驗中材料的適用性。材料的耐蝕性評估將進(jìn)一步討論。

　　(1)材料試驗

　　除了用化學(xué)分析檢查材料的成分以外，通常對所選定試樣進(jìn)行表觀(guān)檢查和力學(xué)試驗以及確定原材料是否滿(mǎn)足每個(gè)規定的要求。另外需要對焊接試樣進(jìn)行試驗以評定焊接質(zhì)量。其中力學(xué)試驗有拉伸試驗、彎曲試驗、沖擊試驗等。材料截面試樣的金相檢查提供含夾

　　雜物材料與純凈度相關(guān)的信息，并提供金相結構及晶粒尺寸。對于焊接部位，類(lèi)似的檢查可以檢驗出焊接缺陷，如夾雜物、孔隙度、裂紋及不符合要求的焊接技術(shù)等。這些試驗對材料本身是典型的破壞性試驗。

　　(2)材料耐蝕性的評估和選擇

　　材料的選用，愈來(lái)愈習慣用模擬環(huán)境試驗的數據作為依據來(lái)選擇材料以防止腐蝕，包括高溫腐蝕。這些試驗包括：腐蝕掛片試驗;熱質(zhì)量分析(TGA);動(dòng)態(tài)燃燒室的研究;熱循環(huán);實(shí)驗室玻璃器皿的試驗;現場(chǎng)試驗。

　　(3)材料的功能要求

　?、購姸?。強度包括多個(gè)力學(xué)性能，常用來(lái)指拉伸強度和屈服強度?？梢岳脩σ粦兦€(xiàn)來(lái)理解它們。其他相關(guān)的強度還包括壓縮、彎曲、剪切和扭轉強度。在條件許可情況下使用高強度的材料以減少零件的厚度。

　?、谄趶姸?。疲勞是指由循環(huán)應力造成金屬斷裂的失效。常見(jiàn)的例子包括遠低于拉伸強度的速變應力。當應力增大時(shí)，引起失效所需要的循環(huán)次數就減少。習慣上繪制金屬應力和循環(huán)次數曲線(xiàn)( S-N)，如圖4-3所示。曲線(xiàn)由應力相對于循環(huán)次數的對數來(lái)描繪。對于一個(gè)給定的較大循環(huán)次數，通常在低于某應力值的情況下不發(fā)生失效，這個(gè)應力值就稱(chēng)為疲勞。因為以保持正常的應力不高于疲勞的應力防止變形和斷裂，所以疲勞失效幾乎總是伴隨著(zhù)突變、缺口、沖擊、殘余應力的存在而發(fā)生。

　　疲勞失效常常發(fā)生在焊接接頭，因為采用焊接接頭，這樣的設計會(huì )出現明顯的應力集中效應。有利于耐疲勞的材料特性和設計特性有，利用合金化或熱處理來(lái)提高拉伸強度;減少工件的厚度，使用拋光表面，降低設計應力，細化材料的晶粒尺寸，消除材料的冶金缺陷和殘余應力，減輕表面存在壓應力，減少助長(cháng)腐蝕和疲勞的環(huán)境，并且采用金屬覆蓋層，如Cr、Ni或Cd(鎘)鍍層，這是因為鍍層中的微裂紋有可能會(huì )降低疲勞強度。

　?、啻嘈詳嗔?。脆性斷裂是在低于屈服強度的正常應力下，由裂紋的快速擴展而造成的失效。絕大多數的脆性斷裂發(fā)生在具有體心立方(bCC)品格結構的金屬中，特別是鐵素體不銹鋼，不僅在低于臨界拉伸強度，甚至低于屈服強度的情況下就會(huì )發(fā)生完全的斷裂。鋼發(fā)生脆性斷裂的條件如下：本身存在缺陷;缺陷處存在殘余拉伸應力與工作載荷引起的拉伸應力的交匯，如果應力是三維向就更為嚴重;足夠低的溫度;還原處理、成分、軋制操作和后續的熱處理等冶金因素;韌性;蠕變;耐熱性;熱和腐蝕;耐蝕性;氫腐蝕;加工性。

　?、茼g性。材料的韌性就是指材料斷裂之前吸收能量和塑性變形的能力，韌性是用材料成形和斷裂期間吸收的能量來(lái)衡量的。它是重要的低溫力學(xué)性能而不是強度。缺口的韌性受化學(xué)成分、微觀(guān)組織、晶粒尺寸、晶粒生長(cháng)的模式、截面尺寸、冷熱加工的溫度、加工方法和表面狀況如滲碳和脫碳等影響。

　　基本試驗：普通的韌性試驗是采用帶缺口的試樣，通常通過(guò)沖擊試驗測量缺口韌性，或在相對較低的應變速率下測量斷裂韌性。沖擊試驗可揭示材料的低溫強度、韌性不足和脆性，這些試驗特別適合鐵素體材料，可以顯示韌性向脆性的轉變。

　?、菽臀g性。金屬和合金的破壞大多是由腐蝕造成的。實(shí)際上對于所有包含一系列基本操作的工藝過(guò)程來(lái)說(shuō)，設備、換熱器、管道構件或其他系統構件的失效就意味著(zhù)停工、昂貴的維修和更換構件，因此壓力容器和換熱器的結構材料應該在使用環(huán)境中具有合適的腐蝕速率。另外注意由周?chē)鷼夥找鸬母g。

　　(4)根據耐蝕性的條件來(lái)選擇材料

　　良好的搭配。在選擇材料時(shí)有幾種金屬與環(huán)境的搭配是非常恰當和合適的。這些搭配通常表現為，在成本下獲得高的耐蝕性，應該給予考慮。這些搭配有：碳鋼一濃H2 S04;不銹鋼一HN03;Cu-Ni-Mo鋼一海水或鹽水;超鐵素體鋼一海水的搭配。

　　(5)腐蝕失效

　　盡管材料選擇已經(jīng)是十分認真了，并且有時(shí)還進(jìn)一步采用了防腐蝕方法，但少數意外的失效總還會(huì )發(fā)生。導致意外腐蝕失效的原因可能為以下一種或幾種：使用了帶有缺陷的材料;設計不合理;不正常的操作;制造不當和檢驗不充分;維護不適當。所以采取一定的預防措施，是避免腐蝕失效發(fā)生的有效辦法。

　　(6)氫腐蝕

　　氫腐蝕是在高于220～243℃溫度的含氫環(huán)境中，碳鋼和低合金鋼的損傷機制，一般不被人們所關(guān)注。室溫下鋼制容器當然是可以處理高壓氫的。但在較高的溫度下，氫能擴散到鋼中與碳原子反應生成甲烷氣體

　　2H2 +FeC—CH4 +Fe

　　高溫高壓下，氫能夠與間隙固溶體中的碳反應，導致初始脫碳，接著(zhù)在晶界產(chǎn)生不穩定的碳化物，形成甲烷氣泡。由于甲烷不能從鋼中擴散出去，它的積聚引起開(kāi)裂和鼓泡，從而使鋼材失去韌性導致失效。解決這個(gè)問(wèn)題就需要穩定鋼中的碳化物組成、形態(tài)和分布。

　　氫腐蝕的防護。根據實(shí)際經(jīng)驗防止氫腐蝕的可行的方法，就是使用耐這種破壞形式的鋼。因為所有的奧氏體不銹鋼都含有高Cr，穩定了鋼中的碳化物組成、形態(tài)和分布，所以耐高溫氫損傷。因此，作為另一種防腐蝕措施，通常在低合金鋼容器的內表面襯一層不銹鋼，是一個(gè)經(jīng)濟實(shí)用的選擇。

　　(7)加工性

　　加工性包括成形、機加工、與其他金屬連接的焊接工藝及焊后熱處理的難易性。并不是所有的加工車(chē)間在技術(shù)上都有能力正確地處理較復雜的材料。因此用戶(hù)要了解河南工業(yè)不銹鋼的能力，這是基本的。另外，先進(jìn)加工技術(shù)需要的檢驗標準來(lái)判斷加工是否符合要求。

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