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变形对奥氏体不锈钢管喷丸强化效果的影响

作者:不锈钢管编辑 | 发布时间: 2020-05-22 | 次浏览

为了研究奥氏体不锈钢喷丸直管在后续弯曲过程中喷丸硬化层的组织和性能,采用体镜、金相、电子显微镜和硬度等手段对经过不同类型拉伸和弯曲变形试验的内壁喷丸奥氏体不锈钢管试样进行了分析。结果表明,弯曲和拉伸变形不会改变喷丸层的形貌,对喷丸层的硬度没...

为了研究奥氏体不锈钢喷丸直管在后续弯曲过程中喷丸硬化层的组织和性能,采用体镜、金相、电子显微镜和硬度等手段对经过不同类型拉伸和弯曲变形试验的内壁喷丸奥氏体不锈钢管试样进行了分析。结果表明,弯曲和拉伸变形不会改变喷丸层的形貌,对喷丸层的硬度没有明显影响。内壁喷丸处理不会降低管道的弯曲、压扁和拉伸性能。管材的变形强化能力越强,喷丸强化层的变形强化效果越大;为了获得优良的内壁喷丸层,喷丸强化层的累积循环变形应明显大于最大均匀变形。

奥氏体不锈钢S30432(类似于日本住友,的Super  304H)钢管是超超临界锅炉过热器和再热器的主要候选材料之一。为了进一步提高这种材料的耐蒸汽氧化性能,通常采用内壁喷丸处理。内表面及其下表面经过加工硬化。由于硬化层中的高密度位错和亚晶界为铬的快速扩散提供了大量方便的通道,在运行过程中,在钢管内壁表面会形成一层结构致密的Cr2O3保护膜,从而大大降低了后续运行中的蒸汽氧化速度。

不锈钢管喷丸强化是将大量钢丸高速喷到不锈钢管内壁表面形成小凹坑,在凹坑处形成压应力的过程。塑性材料仅经历压缩变形,在压缩过程中不发生断裂。因此,在塑性变形的重复循环之后,在不锈钢管内壁,的表面上发生非常强的塑性变形,形成具有一定厚度的喷丸硬化层。经过反复的循环塑性变形后,硬化层发生了晶粒断裂、晶格畸变、高密度位错、奥氏体转变为马氏体等变化。同时,如图1(a)[10所示,在喷丸硬化期间,硬化层中产生大的应力,并且喷丸硬化层的表面具有大的压应力。在外力的作用下,

喷丸处理还减少了由外部载荷引起的表面应力,如图1(b)[10]所示。晶粒细化和高密度位错能显著提高不锈钢的耐蒸汽氧化性能管内壁晶粒细化和压应力状态能显著提高不锈钢的耐疲劳性能和耐应力腐蚀性能管内壁[11-14]。

目前,喷丸强化工艺大多是在制造和安装加热面管屏之前对直管进行的。在喷丸直管,喷丸硬化层在后续弯管过程中的组织和性能变化规律尚未见报道,因此有必要在实验室条件下开展相关实验研究。本文通过弯曲、压扁、拉伸等变形性能试验,得出变形对奥氏体不锈钢管喷丸强化效果影响的机理,对超超临界锅炉用奥氏体不锈钢管的金属监督具有重要的指导意义。

1测试材料和方法

本试验中使用的两个原始管道样本均为内壁不锈钢无缝钢管喷丸-treated锅炉管。其中,1#管样品为国产喷丸S30432不锈钢管,规格为458.9毫米,2#管样品为日本住友公司进口的Super  304H不锈钢管,规格为48.38.5毫米,两个根管样品的粒度为7级,其力学性能(见表1)和化学成分分别满足美国机械工程师协会规范案例2328和美国213/A  213M-07标准的要求。对原管材试样内壁喷丸层组织和性能的对比分析结果表明,1#管材试样喷丸层的碎晶层较薄,局部不连续,硬化层的厚度和硬度分布不均匀,而2#管材试样喷丸层的碎晶层较厚且均匀,厚度较厚

1#和2#管试样分别加工两个150mm长和10mm宽的条形弯曲试样,试样保持原管的内外壁。弯曲中心的直径是壁厚的1.5和3.0倍。原始内壁的表面是弯曲的外部,弯曲模式是导向弯曲。根据GB/T232——1999《金属材料弯曲试验方法》,应进行弯曲试验。试样弯曲部分外表面的喷丸层金属无弯曲变形引起的可见缺陷,内表面的喷丸管弯曲性能合格。

2.2展平测试

将1号和2号试管样本分别加工成长度为50毫米的两个试浙江不锈钢管管段,以使样本变平,并且样本保持原始试管的内壁和外壁。根据GB/T246——2007《金属管压扁试验方法》,进行压扁试验。封闭展平要求样品内表面的接触宽度至少为展平后样品内宽度的1/2;内表面接触的实际宽度:1#为27毫米(内宽为42毫米),2#为30毫米(内宽为50毫米)。压扁试验结果表明,试验后所有试样均无可见裂纹,内表面喷丸管压扁性能合格。

2.3拉伸试验

分别从1#和2#管样品中加工出两个具有原始管内壁和外壁的板状拉伸试样。试样的标准距离为50毫米。室温拉伸试验按照GB/T228——2002《金属材料室温拉伸试验方法》进行。试验机的加载轴与试样的轴重合。缓慢施加载荷,应变与应力同步,并绘制应力-应变曲线。拉伸试样的测试结果如表1所示。从应力-应变曲线可以看出,从拉伸开始到断裂,每个试样都经历了弹性变形阶段、屈服阶段、均匀变形阶段(冷变形强化)、颈缩阶段(集中变形)和最终断裂。仪表距离内均匀变形的最大值等于最大均匀变形的位移除以样品的平行长度。计算结果列于表2。