加热温度对S30432不锈钢管内壁喷丸处置效果的影响

在不同温度下对进口Super304H和国产S30432不锈钢管停止的保温2h的热处置比照实验结果标明：当加热温度超越750℃时喷丸形变层的微观组织会发作退化，且碎化晶层组织退化速度高于多滑移层组织，招致Cr元素向外表扩散迁移的才能降低；喷丸处置质量会显著影响喷丸形变层的抗高温软化才能；进口Super 304H喷丸管因形变组织硬度更高且散布平均而使其短时间抗高温软化才能比国产S30432喷丸管高出100℃以上。为了充沛应用喷丸处置的外表加工硬化才能，需确保喷丸处置的质量以及弯管加工或者焊后热处置时的温度不超越730℃。

   S30432（相似于国外Super 304H）不锈钢管是目前国内研发的超超临界发电机组锅炉过热器和再热器用材之一，为了进一步进步这类资料的抗蒸汽氧化性能，通常采用内壁喷丸处置的办法使其内外表及亚表层产生加工硬化以促进Cr元素的扩散，从而促使不锈钢管管壁内外表在机组运转初期就构成一层构造致密的Cr2O3维护膜。但是，目前喷丸处置工艺大都是针对受热面管屏制造装置以前的直管施行的，至于喷丸直管在后继焊接和弯管后热处置等加工过程中喷丸硬化层的微观组织构造和性能能否会产生变化尚未见相关报道。为此，本文在实验室条件下对内壁已停止喷丸处置的国产S30432和进口Super 304H不锈钢管停止了不同温度等级的热处置，并对不同温度热处置后的喷丸形变层组织形貌特征和显微硬度变化规律停止研讨，以期为喷丸管焊接和变形后热处置等提供技术支持。

1  实验资料及办法

   本实验所用1号管样为国产喷丸处置的S30432不锈钢管，规格为d45 mm×8.9 mm，2号管样为从日本住友公司进口的喷丸处置Super 304H钢管，规格为d48.3 mm×8.5 mm。两根管样的晶粒度均为6～7：级，力学性能和化学成分分别契合ASME Code Case2328和A 213/A 213M - 07规范。1号管样喷丸硬化层的碎化晶层较_薄，部分不连续，硬化层厚度和硬度散布不平均，而2号管样喷丸硬化层的碎化晶层较厚且平均，其硬化层的厚度和硬度散布平均性均优于1号管样。    

   对1号、2号管样取圆环状样品停止热处置实验，样品随炉加热，分别在650、750、775、800、850、950、1150℃保温2h，然后出炉水冷。热处置后用OPTON高级体视显微镜察看剖析内壁的宏观形态，用金相显微镜剖析组织特征、丈量喷丸形变层的深度等，用显微硬度计测定维氏硬度，用扫描电镜停止内壁外表背散射电子(BEJ)和二次电子(SEI)图像剖析．用EDAX停止成分半定量剖析。

2  内壁喷丸层的宏观形貌特征

   各试样内壁宏观形貌特征的比照察看结果表1．局部试样内壁低倍组织的典型形貌特征见图1。

   从表1和图1能够看出：(1)随着热处置温度的升高，各管样内壁经过：首先构成氧化色（即氧化膜）一氧化色加深一在氧化膜上生成零星氧化斑痕一氧化斑痕增大变厚构成氧化皮一氧化皮增厚一氧化皮增厚至一定厚度一氧化皮零落。(2)1号、2号管样喷丸层抗短时间高温空气氧化才能有一定差别。1号管样775℃时内壁约有30%面积构成氧化皮，850℃时内壁巳全面构成氧化皮并且部分氧化皮曾经产生零星剥落，2号直管样直到850℃时内壁才构成厚氧化膜或薄氧化皮，接近950℃时才全面构成氧化皮并发作部分剥落。阐明本实验中国产喷丸管的喷丸层质量不及进口喷丸管。

   另外，经对国产S30432不锈钢管内壁喷丸管和未喷丸管（内外壁经过酸洗的供货态管）停止650℃热处置比照实验发现，未经喷丸处置的供货态管样内外壁均会构成一定厚度的灰黑色氧化皮，而经喷丸处置的管样内壁仅呈氧化色，未生成氧化皮。因而，分离表1的比照结果标明，良好的外表喷丸硬化处置可使S30432类不锈钢管的抗短时间高温空气氧化才能进步，进步幅度约为150～200℃。

3  内壁喷丸形变层的微观组织形貌特征

 将不同温度热处置后的管样制成金相样品，在ZEISS Imager. Alm研讨级显微镜下停止内壁喷丸形变层的微观组织形貌特征察看剖析和厚度丈量，其丈量结果见表2，典型形貌特征见图2。检测结果发现：(1)在高温热处置过程中，内壁喷丸层的碎化晶层会阅历以下变化过程：位错密度降低一胞状构造构成一细小品粒构成一晶粒长大；内壁喷丸层的多滑移层退化特征是滑移带和滑移系统数量的减少，品粒大小根本不变。在高温热处置过程中内壁喷丸层的碎化晶层退化速度要高于多滑移层。(2)在保温2h条件下，1号管样内壁喷丸层的碎化晶层再结晶温度范围约为750-800℃，2号管样内壁喷丸层的碎化晶层再结晶温度范围约为775～800℃。(3)经650℃热处置后，1号、2号管样内壁喷丸层的碎化品层固然未发作再结晶，但其形变组织已发作回复，如位错密度和剩余应力降低。(4)1  150℃热处置后，1号、2号管样内壁喷丸形变层形态消逝，再结晶晶粒存在孪晶，原多滑移层和单滑移层的品粒大小未发作明显变化。

4喷丸硬化层的维氏硬度变化

   本实验所用硬度计型号为FM - 700，实验载荷为200 9，各种热处置态检测试样均采用磨制好的镶嵌金相样品，丈量位置为距管内壁60 lim处，母材基体硬度测点在管壁厚度中部，测试结果见表3。从表3可知：(1)1号管样经650℃热处置其喷丸硬化层的硬度即降至企业规范规则值以下，而2号管样经750℃热处置其喷丸硬化层的硬度固然也已降落但仍根本满足企业规范的请求，这标明进口Super 304H喷丸管的短时间抗高温软化才能比国产S30432喷丸管高100℃以上，其主要缘由是2号管样形变组织硬度更高且平均。(2)随着热处置温度升高，管样喷丸层硬度逐步降落。热处置温度为950℃时原喷丸层位置的硬度均低于200HV0.2，但仍高于母材硬度；热处置温度为1 150℃时原喷丸层位置的硬度仅稍高于母材硬度。

5  Cr元素的散布规律

用EDAX对1号、2号金相试样的内壁喷丸形变层和母材基体停止能谱剖析，其中Cr元素含量散布规律如图3所示。从图3能够看出：(1)经650℃和750℃热处置后，1号、2号管样内壁喷丸层外侧的Cr含量均高于19.00%，而775、800、850℃热处置后，1号、2号管样内壁喷九层外侧的cr含量局部低于19.00%。

   如：775℃热处置后1号管样内壁喷丸层外侧的Cr含量为18. 53%；800℃热处置后2号管样内壁喷丸层外侧的Cr含量为18. 61%，850℃热处置后Cr含量为18. 92%。(2)经950℃热处置后，1号、2号管样内壁原喷丸层外侧的Cr含量均高于19. 00%。(3)经1 150℃热处置后，管样内壁原喷丸层外侧的Cr含量均低于19. 00%。这标明：在650～750℃温度范围，各管样内壁喷丸层仍坚持良好的向外外表保送Cr元素的才能；在775—850℃温度范围，各管样内壁喷九层的形变组织不同水平退化，向外外表保送Cr元素的才能降低；在950～1  150℃温度范围，管样资料的高温空气氧化机理发作变化，随着氧化温度升高，氧化速度明显加快，向外外表保送Cr元素的才能不及氧化耗费的Cr量，形成内壁原喷九层外侧的Cr含量降低。

6  结  论

   (1)在保温2h的实验条件下，当加热温度超越750℃时喷丸形变层的微观组织即发作退化，且碎化品层组织退化速度比多滑移层组织快，招致Cr元素向外表快速扩散迁移的才能降低。

   (2)喷丸处置质量会显著影响喷丸形变层的抗高温软化才能，进口Super 304H不锈钢管因形变组织平均且硬度更高而使其短时间抗高温软化才能比国产S30432不锈钢管高出100℃以上。

   (3)为了充沛发挥喷丸处置的外表加工硬化作用，首先要确保喷丸处置的质量，其次要留意弯管加工或者焊后停止热处置时的温度不超越730℃。