厚壁不锈钢管中的铌的物理冶金

铌即是一种强铁素体形成元素,又是强碳氮化物形成元素。在长时间受热时又易于形成金属间化合物。所以铌在厚壁不锈钢管中的物理冶金很复杂。铌在厚壁不锈钢管中的作用决定于铌的存在形式,自由铌和炭﹑氮化物中的铌含量决定于NbCNbNNb(CN)的以温度为函数的溶度积。

①固溶铌对厚壁不锈钢管的组织的影响

所有厚壁不锈钢管都分布在有名的谢弗勒图上。钢种的位置由钢的镍﹑铬当量所决定。铌的铬当量数为0.5。马氏体沉淀硬化钢中为2。日本厚壁不锈钢管手册中为1.75。用下式计算铬当量:

Cr当量=Cr+2Si+1.5Mo+5V+5.5Al+1.75Nb+1.5Ti+0.75W

在估计Nb对相比例(铁素体)的影响时,只考虑化学成分中的Nb是不全面的,还必须计算铌的炭,氮化物所消耗的CN的镍当量数和化合物中的Nb。所以在炭,氮化合物形成温度域内,铌对相比例的影响就复杂化了,要进行详实的分析和计算。

铌对马氏体厚壁不锈钢管除计算δ—铁素体量外,还要计算马氏体点Md的位置,对亚稳奥氏体厚壁不锈钢管还必须计算形变马氏体点Md位置,才能预测材料基本组织与性能。

②厚壁不锈钢管中的铌的碳,氮化物

常见的NbCNbN属于面心立方组织,晶格常数a0分别为4.46A4.38A。它们和基体形成较大的畸变共格。有人报道NbC有间隙缺陷呈Nb4C3结构,因而氮原子容易填入形成Nb(CN)NbN的稳定性比NbC高。自由铌的含量决定于钢种和温度。不同钢类的溶度积公式如下:

Log[Nb][C]=-9350/T+4.55(18Cr-13Ni)(1)

Log[Nb][C]=-8350/T+4.07(20Cr-25Ni)(2)

Log[Nb][C]=-7900/T+3.43(17-4pm)(3)

Log[Nb][N]=-11600/T+4.84(N)(4)

Log[Nb][C+6/7N]=-6750/T+3.21(考虑CN(5)

Log[Nb][C]=-9.1(17-25Cr铁素体钢990℃时)(6)

海里斯指出NbC的溶解度随厚壁不锈钢管中的镍量升高而加大。

不同钢种采用相近似的公式进行估算,可对钢的性能和热加工时NbCNbN的析出行为进行预测。

铌的NbCNbNNb(CN)的形成及其分量不仅仅与铌的自身浓度有关,而与[C][N]同样有关。就是说在高CN的情况下,即使Nb很低,也会在很高的温度下形成碳﹑氮化物沉淀。这对低碳﹑氮或超低碳含铌厚壁不锈钢管的发展至关重要,特别是改善含铌奥氏体厚壁不锈钢管的焊接性能是关键因素。

用上述公式,可估算固溶铌对CN的镇定作用及其发挥作用的程度。

③金属间化合物

厚壁不锈钢管中常见的铌的金属间化合物有FeNbσ-相﹑Fe2Nb拉维斯相,不常见的有G相和m相,还有r’’相。

σ-相可用电子空位浓度预测

N v=0.66Ni+1.71Co+2.66Fe+4.66(Cr+Mo+W)+5.66V+6.66Zr+10.66Nb

铌的系数最大,强列形成σ元素。

Nv2.52时,出现σ相。

铌与CN化合时,对σ相形成并不敏感,在高温合金中常形成Ni3Alr’’相。在高Cr铁素体厚壁不锈钢管中,NbMoTi更能提高强度和硬度,过分促进脆化,但铌有细化晶粒的作用,因而脆化和韧化相抵消。

文章作者:不锈钢管|304不锈钢无缝管|316L不锈钢厚壁管|不锈钢小管|大口径不锈钢管|小口径厚壁钢管-浙江至德钢业有限公司

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