奧氏體不銹鋼還應注意：冷加工硬化、高溫時效脆化
新聞來源：www.tjhbrc.com 發布時間：2020-12-09 09:31 瀏覽量：
參考文獻：王志文, 張而耕. 奧氏體不銹鋼使用中值得注意的幾個問題[J]. 化工機械, 2002, 29(6).
不銹鋼的晶間腐蝕傾向試驗是設計文件中常見的內容，HG/T 20581等標準中的相關內容也比較明確。而水壓試驗或操作介質中的氯離子含量，也是奧氏體不銹鋼設備設計時關注的基本內容。除氯離子外，像濕硫化氫、連多硫酸及其他一些可能產生硫化物環境，也能夠引起奧氏體不銹鋼的應力腐蝕開裂。
值得一提的是，雖然HG/T 20581濕硫化氫腐蝕的章節中未提及奧氏體不銹鋼，但參考文獻指出，雖奧氏體不銹鋼比鐵素體鋼對原子氫的溶解能力大得多, 但仍舊會發生氫致型的濕硫化氫應力腐蝕開裂, 尤其是冷加工硬化出現形變馬氏體組織轉變后更容易發生這種開裂。
(以下內容整理自參考文獻，如果太長不想看，看加粗的重點段落就行。)
冷加工硬化增加應力腐蝕開裂敏感性
奧氏體不銹鋼具有優良的冷加工性能，但其加工硬化非常明顯，冷加工變形程度越大, 硬度升得越高。加工硬化引起的硬度升高也是不銹鋼發生應力腐蝕開裂的重要原因，尤其是那些母材而非焊縫開裂的情況。
有以下一些案例：
第1類案例是奧氏體不銹鋼冷旋壓加工橢圓或碟形封頭之后, 其過渡區的冷變形最大, 硬度隨之也達到最高。投用之后于過渡區發生了氯離子應力腐蝕開裂, 導致設備泄漏。
第2 類案例是不銹鋼板材卷圓之后用液壓成型法制造U 形波紋膨脹節, 在波峰處冷變形最大, 硬度也最高, 沿波峰發生應力腐蝕開裂的情況最多, 甚至發生沿一圈波峰開裂形成低應力脆斷的爆炸事故。
第3 類案例是波紋形換熱管的應力腐蝕開裂。波紋形換熱管是由不銹鋼無縫管冷擠壓成型的, 波峰、波谷都受到不同程度的冷變形減薄, 波峰、波谷都可能引發若干應力腐蝕裂紋。
奧氏體不銹鋼的冷加工硬化的實質是產生了形變馬氏體，冷加工變形越大，產生的形變馬氏體也愈多，其硬度也愈高，同時, 材料內部的內應力也愈大。事實上，如果在其加工成形之后進行固溶熱處理，可以達到降低硬度、使殘余應力大幅度下降的效果，同時馬氏體組織也可消除，從而避免應力腐蝕開裂。
長期在高溫下服役的脆化問題
目前，400～500℃的容器與管道材料以選用高溫強度較高Cr-Mo鋼為主，500～600 ℃甚至700 ℃時則以選用各種奧氏體不銹鋼為主。設計中人們往往更關注奧氏體不銹鋼的高溫強度，要求其含碳量不能過低。高溫下的許用應力基本上依賴外推的高溫持久強度試驗而得到, 可以保證在設計應力下10萬h服役不發生蠕變斷裂。
但奧氏體不銹鋼高溫下的時效脆化問題也不能忽視，奧氏體不銹鋼在高溫下長期服役后會在組織上出現一系列變化, 會嚴重影響到鋼的一系列力學性能, 特別是使脆性明顯上升, 韌性大幅度下降。
高溫下長期服役后的脆化問題一般由兩個因素所造成，一是形成碳化物，二是形成σ相。碳化物相、σ相在材料長期服役后不斷沿晶析出, 在晶界上甚至形成連續的脆性相, 極易形成沿晶斷裂。
σ相( Cr-Fe 的金屬間化合物) 的形成溫度區間大約為600～980 ℃，但具體的溫度區間與合金成分有關。σ相析出的結果是使奧氏體鋼強度大幅上升(強度可能升高一倍) , 還變得又硬又脆。高鉻是形成高溫σ相的主要原因, Mo、V 、Ti、Nb等是強烈促使形成σ相的合金元素。
碳化物( Cr23C6) 的形成溫度是在奧氏體不銹鋼的敏化溫度區間, 即400～850 ℃。Cr23C6 在敏化溫度上限溫度以上會發生溶解, 但溶解以后的Cr又會促進σ相的進一步形成。
因此，奧氏體鋼作為耐熱鋼使用時，應加強對高溫時效脆化的認識及其防范。可以像火力發電廠的金屬監測那樣, 定期檢驗金相組織以及硬度的變化，必要時取出試樣做金相、硬度檢查，乃至進行全面的力學性能與持久強度測試。
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