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现代能源化工行业面临着腐蚀性越来越强的生产环境,普通的奥氏体不锈钢已经不能满足当前的需要,而抗腐蚀性能和高温氧化性能好的镍基合金、钛及钛合金价格昂贵。高Mo超级奥氏体不锈钢适用于非氧化性酸环境中,对氯化溶液和其他卤化物溶液具备很好的抗腐蚀能力,能广泛应用于海洋平台、化工及纸浆漂白过程中的设备,是能源化工用耐蚀合金发展的重要方向。
但是,特种耐蚀超级奥氏体合金S31254在热加工时存在诸多问题,如挤压管坯热加工时的锻造表面裂纹、内裂纹和内部缩孔等,导致热挤压管生产的综合成材率很低,严重制约着S31254合金的生产。因此,开展特种耐蚀超级奥氏体合金S31254热塑性和高温氧化性能的实验研究,指导S31254合金高温热锻造工艺技术和热挤压工艺技术,对S31254合金热挤压管的生产至关重要。对后续其它耐蚀合金的生产也具有非常重要的指导意义。
本文系统地研究了特种耐蚀合金S31254的高温热塑性,采用两种热拉伸工艺,通过不同变形温度下S31254合金高温拉伸的应力应变曲线,分析峰值应力、峰值应变、抗拉强度和断面收缩率随变形温度的变化规律。通过金相显微镜和扫描电镜研究变形温度对S31254合金断口组织的影响规律,并讨论其原因。
两种工艺制度下S31254的热塑性均随着变形温度的升高先增加后下降。高温均匀化处理后S31254在1100~1200℃范围内热塑性较好,断面收拾率达到80%左右。未高温均匀化处理的S31254合金在1100~1140℃范围内热塑性较好,断面收缩率达到70%以上。在最佳热塑性区间,S31254合金高温拉伸后的断口处纵切面上均存在小的点状和大的团状两种析出物。很明显地,高温均匀化处理提高了特种耐蚀合金S31254高温拉伸变形时的断面收缩率,改善了其热加工时的热塑性,同时扩大了特种耐蚀合金S31254的高温热塑性稳定区间,有利于热加工过程的控制。
本文也系统地研究了特种耐蚀合金S31254的高温氧化性能,采用连续称重法测得了S31254合金在不同温度下的高温氧化动力学曲线,并分析其高温氧化规律。利用扫描电镜和EDX方法研究高温氧化后S31254合金表面氧化膜的SEM形貌和能谱成分,并利用XRD对不同温度高温氧化后试样的氧化层进行物相分析,确定其物相构成。结果显示在低于1100℃时,S31254具有很好的高温抗氧化性能,加热氧化后表面覆盖着均匀致密的氧化膜,氧化物颗粒细小。氧化温度为1000℃时氧化深度最小,较低温度和较高温度都易产生较大的氧化,造成较大的氧化损失,对特种耐蚀超级奥氏体合金S31254的生产造成较大的影响。讨论了氧化膜的形成机制及其影响因素,并提出提高S31254合金抗氧化性能的方法。
在实验结果的指导下,根据S31254合金的高温热塑性和高温氧化性能,调整挤压管坯的锻造工艺参数,极大地改善了S31254合金挤压管坯的锻造质量,减少了因锻造缺陷报废而造成的物料损失,大大地提高了锻造后材料的总收得率;同时有效地减少了锻打火次,缩短了生产周期,有效地降低了生产成本,对特种耐蚀合金S31254挤压管坯的锻造生产意义重大。