奥氏体不锈钢还应注意：冷加工硬化、高温时效脆化
新闻来源：www.021zysy.com 发布时间：2020-12-09 09:31 浏览量：
参考文献：王志文, 张而耕. 奥氏体不锈钢使用中值得注意的几个问题[J]. 化工机械, 2002, 29(6).
不锈钢的晶间腐蚀倾向试验是设计文件中常见的内容，HG/T 20581等标准中的相关内容也比较明确。而水压试验或操作介质中的氯离子含量，也是奥氏体不锈钢设备设计时关注的基本内容。除氯离子外，像湿硫化氢、连多硫酸及其他一些可能产生硫化物环境，也能够引起奥氏体不锈钢的应力腐蚀开裂。
值得一提的是，虽然HG/T 20581湿硫化氢腐蚀的章节中未提及奥氏体不锈钢，但参考文献指出，虽奥氏体不锈钢比铁素体钢对原子氢的溶解能力大得多, 但仍旧会发生氢致型的湿硫化氢应力腐蚀开裂, 尤其是冷加工硬化出现形变马氏体组织转变后更容易发生这种开裂。
(以下内容整理自参考文献，如果太长不想看，看加粗的重点段落就行。)
冷加工硬化增加应力腐蚀开裂敏感性
奥氏体不锈钢具有优良的冷加工性能，但其加工硬化非常明显，冷加工变形程度越大, 硬度升得越高。加工硬化引起的硬度升高也是不锈钢发生应力腐蚀开裂的重要原因，尤其是那些母材而非焊缝开裂的情况。
有以下一些案例：
第1类案例是奥氏体不锈钢冷旋压加工椭圆或碟形封头之后, 其过渡区的冷变形最大, 硬度随之也达到最高。投用之后于过渡区发生了氯离子应力腐蚀开裂, 导致设备泄漏。
第2 类案例是不锈钢板材卷圆之后用液压成型法制造U 形波纹膨胀节, 在波峰处冷变形最大, 硬度也最高, 沿波峰发生应力腐蚀开裂的情况最多, 甚至发生沿一圈波峰开裂形成低应力脆断的爆炸事故。
第3 类案例是波纹形换热管的应力腐蚀开裂。波纹形换热管是由不锈钢无缝管冷挤压成型的, 波峰、波谷都受到不同程度的冷变形减薄, 波峰、波谷都可能引发若干应力腐蚀裂纹。
奥氏体不锈钢的冷加工硬化的实质是产生了形变马氏体，冷加工变形越大，产生的形变马氏体也愈多，其硬度也愈高，同时, 材料内部的内应力也愈大。事实上，如果在其加工成形之后进行固溶热处理，可以达到降低硬度、使残余应力大幅度下降的效果，同时马氏体组织也可消除，从而避免应力腐蚀开裂。
长期在高温下服役的脆化问题
目前，400～500℃的容器与管道材料以选用高温强度较高Cr-Mo钢为主，500～600 ℃甚至700 ℃时则以选用各种奥氏体不锈钢为主。设计中人们往往更关注奥氏体不锈钢的高温强度，要求其含碳量不能过低。高温下的许用应力基本上依赖外推的高温持久强度试验而得到, 可以保证在设计应力下10万h服役不发生蠕变断裂。
但奥氏体不锈钢高温下的时效脆化问题也不能忽视，奥氏体不锈钢在高温下长期服役后会在组织上出现一系列变化, 会严重影响到钢的一系列力学性能, 特别是使脆性明显上升, 韧性大幅度下降。
高温下长期服役后的脆化问题一般由两个因素所造成，一是形成碳化物，二是形成σ相。碳化物相、σ相在材料长期服役后不断沿晶析出, 在晶界上甚至形成连续的脆性相, 极易形成沿晶断裂。
σ相( Cr-Fe 的金属间化合物) 的形成温度区间大约为600～980 ℃，但具体的温度区间与合金成分有关。σ相析出的结果是使奥氏体钢强度大幅上升(强度可能升高一倍) , 还变得又硬又脆。高铬是形成高温σ相的主要原因, Mo、V 、Ti、Nb等是强烈促使形成σ相的合金元素。
碳化物( Cr23C6) 的形成温度是在奥氏体不锈钢的敏化温度区间, 即400～850 ℃。Cr23C6 在敏化温度上限温度以上会发生溶解, 但溶解以后的Cr又会促进σ相的进一步形成。
因此，奥氏体钢作为耐热钢使用时，应加强对高温时效脆化的认识及其防范。可以像火力发电厂的金属监测那样, 定期检验金相组织以及硬度的变化，必要时取出试样做金相、硬度检查，乃至进行全面的力学性能与持久强度测试。
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