背景介紹
S30432不銹鋼是在ASTM S213 TP304H鋼管的基礎(chǔ)上，添加了一定量的Cu、Nb、N元素，開發(fā)的一種新型的18-8型奧氏體不銹鋼，同時由于降低了Mo、V等貴金屬元素，制造成本大幅降低。該鋼種因為具有較好的高溫強(qiáng)度和高溫抗氧化性能，被廣泛用于鍋爐高溫過熱器和再熱器部件上（工作溫度600~650℃）。
添加的Cu、Nb、N等元素，在固溶時完全溶解，失效過程中不斷在晶內(nèi)析出。由于 Nb 與C(N)的親和力大于Cr 與C(N)的親和力，因此Nb會優(yōu)先與C(N)反應(yīng)生成NbC(N)，細(xì)小的NbC(N)顆粒尺寸較為穩(wěn)定，可以起到彌散強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化的作用，并固定基體中的游離C(N)。同時彌散分布的幾納米ε-Cu 相具有沉淀強(qiáng)化作用，同時因為其為面心立方結(jié)構(gòu)，與奧氏體基體共格，可以顯著提高合金的組織穩(wěn)定性和高溫性能[1]。
但是在實際生產(chǎn)中，因為加工工藝的原因，NbC(N)會存在非常細(xì)小彌散分布的，也會有尺寸較大的（微米級）的一次析出相，其存在不但減少了基體中的固溶強(qiáng)化元素，且為M23C6 的析出提供了界面，降低了合金元素的強(qiáng)化效果，其尺寸和數(shù)量均應(yīng)該嚴(yán)格控制[2]。
由于NbC(N)數(shù)量較多，人工完成工程量非常大，因此采用歐波同自主研發(fā)的OTS夾雜物分析系統(tǒng)可以自動統(tǒng)計出所有夾雜物的成分信息、尺寸形狀信息和分布情況等。
本文采用1種S30432奧氏體不銹鋼，其工藝路線：電爐+AOD+LF+VD+模鑄+鍛造處理，其化學(xué)成分元素符合如下所示的標(biāo)準(zhǔn)成分：
表1-1 S30432 奧氏體不銹鋼標(biāo)準(zhǔn)成分
實驗采用蔡司EVO15+EDS+OTS軟件，如圖1所示。實驗原理為：蔡司背散射電子探頭獲取成分襯度圖像，通過設(shè)定一定的灰度閾值，將夾雜物從基體中刪選出來，再通過能譜對所選顆粒進(jìn)行成分分析，經(jīng)過OTS軟件自帶標(biāo)準(zhǔn)庫的分類及處理，可以得到掃描區(qū)域所選夾雜物和析出相的所有成分、顆粒分布及形狀信息，如表1-1、1-2、圖2所示。掃描完成后也可以對感興趣的顆粒重新定位進(jìn)行能譜的精確再分析。
圖1 蔡司EVO 設(shè)備及OTS軟件
表1-2 OTS采集區(qū)域的詳細(xì)信息
表1-3夾雜物分類情況
圖2 夾雜物分布圖
通過結(jié)果分析可以看出，采集夾雜物最小尺寸為1μm，在保證每個點至少有60000個計數(shù)的基礎(chǔ)上，該區(qū)域共831個顆粒，掃描時間只需要25min，保證準(zhǔn)確率的基礎(chǔ)上效率非常高。通過OTS自帶的標(biāo)準(zhǔn)庫自動將夾雜物進(jìn)行分類，結(jié)果顯示大部分的析出相為NbC（N），平均尺寸大約為3微米，分布不是非常均勻，有的區(qū)域分布有一定的方向性，呈條狀分布，因此為了提高強(qiáng)度和塑性，還需要進(jìn)一步改善工藝，降低微米級NbC（N）的含量，同時使其更均勻的分布。
參考文獻(xiàn)：
【1】SEN I, AMANKWAH E, KUMAR N S, et al.Microstructure and mechanical properties of annealed SUS304H austenitic stainless steel with copper[J].Materials Science and Engineering: A, 2011, 528(13/14):4491-4499.
【2】王苗苗, 朱畢焱. 不同狀態(tài)下S30432 鋼析出相的分析[J]. 動力工程學(xué)報, 2010, 30(4): 281-283.
