鄭州工業(yè)不銹鋼所選的材料應(yīng)該如何評(píng)估？

時(shí)間：2019-03-18

　　鄭州工業(yè)不銹鋼材料的評(píng)估

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

　　(1)材料試驗(yàn)

　　除了用化學(xué)分析檢查材料的成分以外，通常對(duì)所選定試樣進(jìn)行表觀檢查和力學(xué)試驗(yàn)以及確定原材料是否滿足每個(gè)規(guī)定的要求。另外需要對(duì)焊接試樣進(jìn)行試驗(yàn)以評(píng)定焊接質(zhì)量。其中力學(xué)試驗(yàn)有拉伸試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)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(jié)構(gòu)及晶粒尺寸。對(duì)于焊接部位，類似的檢查可以檢驗(yàn)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(yàn)對(duì)材料本身是典型的破壞性試驗(yàn)。

　　(2)材料耐蝕性的評(píng)估和選擇

　　材料的選用，愈來(lái)愈習(xí)慣用模擬環(huán)境試驗(yàn)的數(shù)據(jù)作為依據(jù)來(lái)選擇材料以防止腐蝕，包括高溫腐蝕。這些試驗(yàn)包括：腐蝕掛片試驗(yàn);熱質(zhì)量分析(TGA);動(dòng)態(tài)燃燒室的研究;熱循環(huán);實(shí)驗(yàn)室玻璃器皿的試驗(yàn);現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

　　(3)材料的功能要求

　　①?gòu)?qiáng)度。強(qiáng)度包括多個(gè)力學(xué)性能，常用來(lái)指拉伸強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度。可以利用應(yīng)力一應(yīng)變曲線來(lái)理解它們。其他相關(guān)的強(qiáng)度還包括壓縮、彎曲、剪切和扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。在條件許可情況下使用高強(qiáng)度的材料以減少零件的厚度。

　　②疲勞強(qiáng)度。疲勞是指由循環(huán)應(yīng)力造成金屬斷裂的失效。常見(jiàn)的例子包括遠(yuǎn)低于拉伸強(qiáng)度的速變應(yīng)力。當(dāng)應(yīng)力增大時(shí)，引起失效所需要的循環(huán)次數(shù)就減少。習(xí)慣上繪制金屬應(yīng)力和循環(huán)次數(shù)曲線( S-N)，如圖4-3所示。曲線由應(yīng)力相對(duì)于循環(huán)次數(shù)的對(duì)數(shù)來(lái)描繪。對(duì)于一個(gè)給定的較大循環(huán)次數(shù)，通常在低于某應(yīng)力值的情況下不發(fā)生失效，這個(gè)應(yīng)力值就稱為疲勞。因?yàn)橐员３终５膽?yīng)力不高于疲勞的應(yīng)力防止變形和斷裂，所以疲勞失效幾乎總是伴隨著突變、缺口、沖擊、殘余應(yīng)力的存在而發(fā)生。

　　疲勞失效常常發(fā)生在焊接接頭，因?yàn)椴捎煤附咏宇^，這樣的設(shè)計(jì)會(huì)出現(xiàn)明顯的應(yīng)力集中效應(yīng)。有利于耐疲勞的材料特性和設(shè)計(jì)特性有，利用合金化或熱處理來(lái)提高拉伸強(qiáng)度;減少工件的厚度，使用拋光表面，降低設(shè)計(jì)應(yīng)力，細(xì)化材料的晶粒尺寸，消除材料的冶金缺陷和殘余應(yīng)力，減輕表面存在壓應(yīng)力，減少助長(zhǎng)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?yàn)殄儗又械奈⒘鸭y有可能會(huì)降低疲勞強(qiáng)度。

　　⑧脆性斷裂。脆性斷裂是在低于屈服強(qiáng)度的正常應(yīng)力下，由裂紋的快速擴(kuò)展而造成的失效。絕大多數(shù)的脆性斷裂發(fā)生在具有體心立方(bCC)品格結(jié)構(gòu)的金屬中，特別是鐵素體不銹鋼，不僅在低于臨界拉伸強(qiáng)度，甚至低于屈服強(qiáng)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(yīng)力與工作載荷引起的拉伸應(yīng)力的交匯，如果應(yīng)力是三維向就更為嚴(yán)重;足夠低的溫度;還原處理、成分、軋制操作和后續(xù)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。

　　④韌性。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(qiáng)度。缺口的韌性受化學(xué)成分、微觀組織、晶粒尺寸、晶粒生長(zhǎng)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(yàn)：普通的韌性試驗(yàn)是采用帶缺口的試樣，通常通過(guò)沖擊試驗(yàn)測(cè)量缺口韌性，或在相對(duì)較低的應(yīng)變速率下測(cè)量斷裂韌性。沖擊試驗(yàn)可揭示材料的低溫強(qiáng)度、韌性不足和脆性，這些試驗(yàn)特別適合鐵素體材料，可以顯示韌性向脆性的轉(zhuǎn)變。

　　⑤耐蝕性。金屬和合金的破壞大多是由腐蝕造成的。實(shí)際上對(duì)于所有包含一系列基本操作的工藝過(guò)程來(lái)說(shuō)，設(shè)備、換熱器、管道構(gòu)件或其他系統(tǒng)構(gòu)件的失效就意味著停工、昂貴的維修和更換構(gòu)件，因此壓力容器和換熱器的結(jié)構(gòu)材料應(yīng)該在使用環(huán)境中具有合適的腐蝕速率。另外注意由周圍氣氛引起的腐蝕。

　　(4)根據(jù)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(dāng)和合適的。這些搭配通常表現(xiàn)為，在成本下獲得高的耐蝕性，應(yīng)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(rèn)真了，并且有時(shí)還進(jìn)一步采用了防腐蝕方法，但少數(shù)意外的失效總還會(huì)發(fā)生。導(dǎo)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(shè)計(jì)不合理;不正常的操作;制造不當(dāng)和檢驗(yàn)不充分;維護(hù)不適當(dāng)。所以采取一定的預(yù)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(jī)制，一般不被人們所關(guān)注。室溫下鋼制容器當(dāng)然是可以處理高壓氫的。但在較高的溫度下，氫能擴(kuò)散到鋼中與碳原子反應(yīng)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(yīng)，導(dǎo)致初始脫碳，接著在晶界產(chǎn)生不穩(wěn)定的碳化物，形成甲烷氣泡。由于甲烷不能從鋼中擴(kuò)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(dǎo)致失效。解決這個(gè)問(wèn)題就需要穩(wěn)定鋼中的碳化物組成、形態(tài)和分布。

　　氫腐蝕的防護(hù)。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)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?yàn)樗械膴W氏體不銹鋼都含有高Cr，穩(wěn)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(nèi)表面襯一層不銹鋼，是一個(gè)經(jīng)濟(jì)實(shí)用的選擇。

　　(7)加工性

　　加工性包括成形、機(jī)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間在技術(shù)上都有能力正確地處理較復(fù)雜的材料。因此用戶要了解河南工業(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(yàn)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)判斷加工是否符合要求。

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