CN110763612B - 一种研究马氏体对奥氏体钢应力腐蚀开裂性能影响的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种研究马氏体对奥氏体钢应力腐蚀开裂性能影响的方法，包括：通过热处理和冷变形处理，使马氏体只在奥氏体钢的表面生成，而内部没有马氏体相变发生；然后通过机械打磨的方式将表面的马氏体去掉，比较在其他微观组织结构相同的条件下，去除马氏体前后奥氏体钢的应力腐蚀开裂性能的变化。本发明提出的研究方法，可以准确地比较不同马氏体构型对奥氏体钢应力腐蚀性能的影响，对马氏体层在应力腐蚀开裂中的作用有更确定的了解，对轧钢企业工艺优化具有指导意义。
Description
技术领域
本发明属于材料技术领域，具体地，涉及一种研究奥氏体钢应力腐蚀性能的方法。
背景技术
奥氏体钢的应力腐蚀开裂敏感性与其微观组织结构密切相关。已有研究表明，奥氏体钢的晶界和孪晶界，晶粒尺寸，位错密度和析出相都会对材料的抗应力腐蚀开裂性能造成影响。马氏体是奥氏体钢中一种常见的组织结构。包含ε-马氏体和α′-马氏体两种。目前，人们对马氏体组织对奥氏体钢应力腐蚀开裂性能的影响知之甚少。甚至不同的文献报道过不同的结果。Teus和Shivanyuk认为ε-马氏体能通过阻止材料的局部塑性变形来降低奥氏体钢的应力腐蚀敏感性。Perng和Altstetter观察到在含有更多α′-马氏体的奥氏体钢中材料的临界应力强度增加且裂纹扩展速率降低。然而，Chun等人却认为钢中含有更多的ε-马氏体会增加其氢致强度和塑性损失。因此，这明显表明人们对马氏体对奥氏体钢应力腐蚀开裂的影响并不确定且充满困惑。阐明ε-马氏体和α′-马氏体对奥氏体钢应力腐蚀开裂性能的影响就显得尤为重要。
钢铁中的马氏体可以通过高温快速冷却和形变生成。但通过不同方法产生马氏体的同时基体材料的其它组织状态也会随着发生改变，而这些改变的组织状态也是应力腐蚀开裂的影响因素。如通过冷变形产生马氏体的同时也会引入高密度的位错和奥氏体孪晶。通过热处理产生马氏体时会产生相应的析出相。这就给揭示马氏体对奥氏体钢应力腐蚀开裂性能的影响提出了挑战，亟须发明一种更为科学准确的方法来对其进行研究。
发明内容
为了克服上述技术问题，本发明的目的在于，提供一种更为准确的研究马氏体对奥氏体钢应力腐蚀开裂性能影响的方法。
实现本发明上述目的的技术方案为：
一种研究马氏体对奥氏体钢应力腐蚀开裂性能影响的方法，包括：
通过热处理和冷变形处理，使马氏体只在奥氏体钢的表面生成，而内部没有马氏体相变发生；然后通过机械打磨的方式将表面的马氏体去掉，比较在其他微观组织结构相同的条件下，去除马氏体前后奥氏体钢的应力腐蚀开裂性能的变化。
进一步地，所述热处理和冷变形处理包括：在700～900℃、空气环境下处理1～2小时，然后空冷和/或水冷至室温，对试样表面进行X射线衍射测试，和/或透射电镜分析，检测试样表面的马氏体相。
其中，所述奥氏体钢为高锰钢，其组成为：C 0.2％～0.6％、Si 0.4％～1.0％、Mn14.0％～30.0％、Mo 0.8％～3.0％、余量为Fe。
例如，Fe-16Mn-0.4C-2Mo(wt.％)的高锰钢、Fe-25Mn-0.4C-2Mo(wt.％)的高锰钢等。
其中，所述机械打磨的方式为用SiC砂纸和/或用SiC砂轮打磨。
其中，在用机械方法去除奥氏体钢表面的马氏体层的过程中，每去除30～50μm的厚度，即用X射线衍射仪分析试样表面，直至马氏体层被全部去除。
其中，应力腐蚀开裂性能的测定方式包括：在H2S环境里的应力环测试和X射线衍射测试、透射电镜分析中的至少一种。
本发明的一种优选技术方案为，包括：
通过热处理和冷变形处理，使不同成分的高锰钢试样在表面生成不同构型的马氏体，
用SiC砂纸对试样进行机械打磨，通过机械打磨的方式将表面的马氏体彻底去掉，
在NACE“A”溶液中进行应力环试验，得到不同试样的断裂失效时间，比较在其他微观组织结构相同的条件下，不同构型的马氏体对应力腐蚀开裂性能的影响。
所述不同构型的马氏体，是指试样表面的马氏体为α′-马氏体和ε-马氏体中的一种或二种。
与现有技术相比，本发明方法具有以下优点：
当前钢铁企业轧钢过程中，不同钢材组成、不同轧制过程，产生的表面马氏体层具有不同的结构和微观构型。基于同样微观结构的奥氏体钢基体，研究不同马氏体构型对应力腐蚀性能的影响，是前人尚没有进行的工作。本发明的提出的研究方法，可以准确地比较不同马氏体构型对奥氏体钢应力腐蚀性能的影响，对马氏体层在应力腐蚀开裂中的作用有更确定的了解，对轧钢企业工艺优化、钢铁设备的构造加工具有指导意义。
附图说明
图1是本发明方法含α′-马氏体试样表面不同深度X射线衍射测试结果。
图2是本发明方法试样表层α′-马氏体的透射电镜形貌图。图2左右两图的标尺均为50nm。
图3是本发明方法处理前后含α′-马氏体试样在硫化氢环境下的应力环试验失效时间的比较。
图4是本发明方法含ε-马氏体试样表面不同深度X射线衍射测试结果。
图5是本发明方法试样表层ε-马氏体的透射电镜形貌图。图5左图的标尺为50nm，右图的标尺为10nm。
图6是本发明方法处理前后含ε-马氏体试样在硫化氢环境下的应力环试验失效时间的比较。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
除非特别说明，本发明所采用的技术手段，为本领域常规的技术手段。
实施例1
下面以Fe-25Mn-0.4C-2Mo(wt.％)的高锰钢为例，使用本发明的方法研究马氏体对其应力腐蚀开裂性能的影响；具体步骤包括：
A.将Fe-25Mn-0.4C-2Mo(wt.％)钢试样在750℃空气环境下保温1h后水冷至室温条件下。在试样表面形成一层厚度为100-150μm的马氏体层，通过XRD和透射电镜分析可知所形成的马氏体为α′-马氏体。
B.用SiC砂纸对热处理后的试样进行机械打磨，每打磨50μm对试样表面进行X射线衍射测试，直到马氏体峰消失，得到去除表面马氏体层后的试样。
C.在NACE“A”溶液中(5％wt.％NaCl+0.5％wt.％CH3COOH+饱和H2S)对含有马氏体层的试样和去除马氏体层后的试样进行应力环试验，得到相应的断裂失效时间。
对上述方法处理的试样进行X射线衍射分析、透射电镜分析及应力环测试，测试结果如图1-3所示。从图1可以看出经热处理后，试样表面形成厚度为100-150μm的马氏体层，为α′-马氏体(在图1中虚线上部进行了标明)。从图2可以看出表层α′-马氏体结构在透射电镜下的形貌图。从图3可以看出去除马氏体前后试样(martensute-containing：马氏体去除前，martensute-free：马氏体去除后)的失效时间变化不大。具体本实施例中，含有马氏体层试样的失效时间分别为624h，672h和大于720h；去除了马氏体层试样的失效时间分别为600h，672h和大于720h。说明α′-马氏体对此奥氏体钢的应力腐蚀开裂性能基本没有影响。
实施例2
下面以Fe-16Mn-0.4C-2Mo(wt.％)的高锰钢为例，使用本发明的方法研究马氏体对其应力腐蚀开裂性能的影响；具体步骤包括：
A.将Fe-16Mn-0.4C-2Mo(wt.％)钢试样在750℃空气环境下保温1h后水冷至室温。在试样表面形成一层厚度为100-150μm的马氏体层，通过XRD分析可知所形成的马氏体为α′-马氏体和ε-马氏体。
B.用SiC砂纸对热处理后的试样进行机械打磨，每打磨50μm对试样表面进行X射线衍射测试，直到马氏体峰消失，得到去除表面马氏体层后的试样。
C.在NACE“A”溶液中(5％wt.％NaCl+0.5％wt.％CH3COOH+饱和H2S)对含有马氏体层的试样和去除马氏体层后的试样进行应力环试验，得到相应的断裂失效时间。
对经过上述方法处理的试样进行X射线衍射分析、透射电镜分析及应力环测试，测试结果如图4-6所示。从图4可以看出经热处理后，试样表面形成厚度为100-150μm的马氏体层，为α′-马氏体和ε-马氏体(在图4中虚线上部进行了标明)。从图5可以看出表层ε-马氏体结构在透射电镜下的形貌图。从图6可以看出去除马氏体前后试样的失效时间变化明显。具体本实施例中，含有马氏体层试样的失效时间分别为25h，28h和28h；去除马氏体层试样的失效时间分别为126h，126h和132h。说明ε-马氏体对此奥氏体钢的应力腐蚀开裂性能有明显的影响，使其抗应力腐蚀开裂的性能降低。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (4)
1.一种研究马氏体对奥氏体钢应力腐蚀开裂性能影响的方法，其特征在于，包括：
通过热处理和冷变形处理，使马氏体只在奥氏体钢的表面生成，而内部没有马氏体相变发生；然后通过机械打磨的方式将表面的马氏体去掉，比较在其他微观组织结构相同的条件下，去除马氏体前后奥氏体钢的应力腐蚀开裂性能的变化；
所述热处理和冷变形处理包括：在700～900℃、空气环境下处理1～2小时，然后空冷和/或水冷至室温，对试样表面进行X射线衍射测试，和/或透射电镜分析，检测试样表面的马氏体相；
所述应力腐蚀开裂性能的测定方式包括：在NACE“A”溶液中进行应力环试验，得到不同试样的断裂失效时间，比较在其他微观组织结构相同的条件下，不同构型的马氏体对应力腐蚀开裂性能的影响；
所述奥氏体钢为高锰钢，其组成为：C 0.2％～0.6％、Si 0.4％～1.0％、Mn 14.0％～30.0％、Mo 0.8％～3.0％、余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述机械打磨的方式为用SiC砂纸和/或用SiC砂轮打磨。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在用机械方法去除奥氏体钢表面的马氏体层的过程中，每去除30～50μm的厚度，即用X射线衍射仪分析试样表面，直至马氏体层被全部去除。
4.根据权利要求1～3任一项所述的方法，其特征在于，包括：
通过热处理和冷变形处理，使不同成分的高锰钢试样在表面生成不同构型的马氏体，
用SiC砂纸对试样进行机械打磨，通过机械打磨的方式将表面的马氏体彻底去掉，
在NACE“A”溶液中进行应力环试验，得到不同试样的断裂失效时间，比较在其他微观组织结构相同的条件下，不同构型的马氏体对应力腐蚀开裂性能的影响。
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