加熱溫度對(duì)S30432奧氏體不銹鋼管內(nèi)壁噴丸層的影響

 浙江至德鋼業(yè)有限公司借助掃描電鏡及能譜儀等，研究不同熱處理溫度(740、760、780、800、820、850和1000℃)對(duì)S30432不銹鋼管內(nèi)壁噴丸層的影響。結(jié)果表明:噴丸層硬度隨著熱處理溫度的提高而逐漸降低。當(dāng)熱處理溫度達(dá)到810℃時(shí)，噴丸層硬度與基體硬度平均差值為100HV0．5;溫度至1000℃時(shí)，噴丸層消失。在740～770℃溫度范圍，噴丸層仍保持良好的向外表面輸送Cr元素的能力;在800～850℃溫度范圍，噴丸層的形變組織不同程度退化，向外表面輸送鉻元素的能力降低。為了保證噴丸層組織和抗氧化性能不被破壞，確保噴丸處理的質(zhì)量，首先應(yīng)避免對(duì)內(nèi)噴丸鋼管進(jìn)行1000℃以上的固溶處理，其次應(yīng)保證內(nèi)噴丸鋼管焊后熱處理溫度不超過(guò)780℃。

 隨著火電機(jī)組溫度和壓力等參數(shù)的提高，鍋爐受熱面管對(duì)材質(zhì)的要求也越來(lái)越高，具有高熱強(qiáng)性和高抗氧化性的奧氏體不銹鋼(S30432以及S30432內(nèi)噴丸管)、馬氏體耐熱鋼(T91和T92)、奧氏體和馬氏體異種鋼焊接接頭便大量出現(xiàn)在鍋爐受熱面中。當(dāng)9Cr%鋼和S30432鋼進(jìn)行對(duì)焊接時(shí)，除了各自的焊接特點(diǎn)外，尤其要考慮異種鋼焊后熱處理問(wèn)題。目前，馬氏體耐熱鋼和奧氏體鋼的異種鋼焊后熱處理制度已經(jīng)相當(dāng)成熟，國(guó)內(nèi)外已有較多的相關(guān)研究。然而，馬氏體鋼和內(nèi)噴丸奧氏體鋼的焊后熱處理的研究卻很少，尤其是噴丸S30432不銹鋼管在后繼焊接后熱處理過(guò)程中噴丸硬化層的性能和微觀組織結(jié)構(gòu)是否會(huì)產(chǎn)生變化很少見詳細(xì)報(bào)道。至德鋼業(yè)對(duì)S30432內(nèi)噴丸管進(jìn)行不同溫度下的熱處理試驗(yàn)，重點(diǎn)研究不同溫度熱處理后噴丸層的顯微硬度、厚度和顯微組織變化規(guī)律等，為噴丸管焊接后熱處理工藝提供技術(shù)支持。

一、試驗(yàn)材料與方法

 試驗(yàn)用S30432原材料鋼管規(guī)格為44.5mm×6mm，其成分如表所示。對(duì)其進(jìn)行內(nèi)噴丸處理，并對(duì)內(nèi)噴丸鋼管分別進(jìn)行740、760、780、800、820、850和1000℃等不同溫度下的熱處理試驗(yàn)(400℃以下進(jìn)爐，升溫速率≤200℃/h，保溫1.5小時(shí)，降溫速率≤260℃/h，爐冷至400℃出爐)。采用THVS-50電子維氏硬度計(jì)(載荷500g)進(jìn)行噴丸層硬度試驗(yàn)，利用ZEISS光學(xué)顯微鏡對(duì)噴丸層進(jìn)行顯微組織分析;借助FEIS-3400掃描電鏡對(duì)微觀組織進(jìn)行觀察，并對(duì)部分噴丸層進(jìn)行了能譜分析。

二、試驗(yàn)結(jié)果與分析

 1. 噴丸層的硬度

 噴丸層硬度測(cè)量位置為距離鋼管內(nèi)壁60μm處，母材基體硬度測(cè)點(diǎn)位于管壁厚中部，測(cè)量結(jié)果見圖1?？梢悦黠@地看出，當(dāng)鋼管在740～850℃之間進(jìn)行熱處理時(shí)，基體硬度會(huì)有升高，但升高的基體硬度不受溫度變化影響。740～850℃之間熱處理后的基體硬度保持在187～192HV0.5之間，變化很小;而噴丸層硬度卻隨著熱處理溫度的提高逐漸下降。如圖1所示，未熱處理的S30432不銹鋼管噴丸層硬度與基體硬度平均差值為135HV0.5;當(dāng)加熱溫度達(dá)到810℃時(shí)，噴丸層硬度與基體硬度平均差值剛好100HV0．5;繼續(xù)升高至850℃時(shí)，噴丸層硬度與基體硬度平均差值降至81HV0.5，已經(jīng)不能滿足噴丸層與基體之間硬度差值大于100HV0.5的要求;至1000℃時(shí)，噴丸層硬度與基體硬度相同。

 2. 噴丸硬化層的厚度

 結(jié)合圖的試驗(yàn)結(jié)果，利用光學(xué)顯微鏡對(duì)噴丸層進(jìn)行厚度分析。由于在740～780℃之間，噴丸層和基體之間的硬度差值變化較小，噴丸層微觀組織形貌以及噴丸層厚度基本變化不明顯，所以只選擇750℃下的微觀組織形貌圖。原始態(tài)內(nèi)噴丸鋼管噴丸層深度約為126μm，隨著加熱溫度的提高噴丸層深度逐漸減小，當(dāng)加熱溫度到達(dá)850℃時(shí)，噴丸層深度不足60μm，至1000℃時(shí)，噴丸層已經(jīng)完全消失。

 3. 微觀組織及EDS能譜

 圖為噴丸層的微觀組織形貌?？梢悦黠@地看出，噴丸層中各個(gè)區(qū)域形貌存在差異，由表及里可分為細(xì)碎晶層、多滑移層和單滑移層。對(duì)噴丸層的3個(gè)區(qū)域進(jìn)行能譜分析?？梢钥闯?，噴丸層的鉻含量明顯高于基體中的鉻含量，并且噴丸層鉻含量由內(nèi)及外呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)(17.53%-18.94%-19.6%-24.59%)。主要由于噴丸碎化了晶粒并產(chǎn)生了大量的滑移帶和位錯(cuò)，增多的晶界、大量的位錯(cuò)和滑移帶，為鉻元素向表面擴(kuò)散提供了短路通道，加快了鉻元素的擴(kuò)散速度。

 為了進(jìn)一步研究溫度對(duì)S30432奧氏體不銹鋼管內(nèi)壁噴丸層的影響，對(duì)不同溫度下噴丸層的3個(gè)區(qū)域進(jìn)行能譜分析，重點(diǎn)分析鉻元素含量。當(dāng)加熱溫度740～770℃時(shí)，噴丸層中鉻含量均處于較高的水平(＞19%);隨著加熱溫度提高至800～850℃時(shí)，噴丸層中不同區(qū)域鉻含量均有所降低;至1000℃時(shí)，鉻含量與基體相同，這與圖的試驗(yàn)結(jié)果完全符合。在740～770℃溫度范圍，噴丸層仍保持良好的向外表面輸送鉻元素的能力;在800～850℃溫度范圍，噴丸層的形變組織出現(xiàn)不同程度退化，向外表面輸送鉻元素的能力降低。

三、結(jié)論

 1. 噴丸層硬度隨著加熱溫度的升高而逐漸降低，當(dāng)加熱溫度由740℃增加至1000℃時(shí)，所測(cè)硬度與基體硬度相同，證實(shí)噴丸層已消失。

 2. 原始態(tài)內(nèi)噴丸鋼管噴丸層深度約為126μm，分別經(jīng)過(guò)740℃和780℃退火熱處理后，噴丸層減少至101.3μm和93.45μm，且隨著加熱溫度的提高，噴丸層深度逐漸減小，溫度到達(dá)850℃時(shí)，噴丸層深度不足60μm，至1000℃時(shí)，噴丸層已經(jīng)完全消失。

 3. S30432不銹鋼管內(nèi)噴丸管在740～770℃之間，噴丸層中鉻含量仍處于較高的水平，保持良好的向外表面輸送鉻元素的能力。為了保證噴丸層組織和抗氧化性能不被破壞，確保噴丸處理的質(zhì)量，首先應(yīng)避免對(duì)內(nèi)噴丸鋼管進(jìn)行超過(guò)1000℃固溶熱處理，其次應(yīng)保證內(nèi)噴丸鋼管焊后熱處理溫度不超過(guò)780℃。