316不锈钢晶体结构及耐磨与耐蚀性能分析

2020-07-21 02:10:13

 目前对于316不锈钢晶体结构的认识仍存在争议。随着人们对316不锈钢晶体结构的理解不断增加,它的名字也在发生变化。浙江宏盛特钢有限公司研究人员最初认为S相是结构为FCC的化合物,白亮层是由这种化合物与γ相混合而成的。后来发现S相在各方向膨胀程度不同,有人把它称作“M相”,认为它的结构和马氏体一样。1993年第一次使用了“膨胀奥氏体”这一名称,并指出它具有和奥氏体相同的FCC结构。此后,“S相”或者“膨胀奥氏体”成为了这种新相的常用名称,常出现在文献中。目前,越来越多的研究者比较接受S相具有膨胀的FCC结构,并伴有高密度的层错和很高的残余应力。浙江宏盛特钢有限公司系统地对渗氮S相和渗碳S相做了X射线衍射,认为S相具有不规则的FCC结构,衍射峰不规则的偏移是由层错和残余应力共同造成的。宏盛特钢研究人员通过X射线衍射计算了未处理奥氏体、渗碳S相和渗氮S相中的层错率,分别为0.02、0.042和0.167。为了分辨残余应力与层错对S相衍射峰的影响,用低温渗氮对厚度<20μm的薄膜进行处理,然后制成了均匀的无应力的渗氮S相颗粒。X射线衍射分析表明S相是面心立方结构,得到的层错率很低仅为0.03,表明层错与应力有关。过饱和的间隙原子造成晶格膨胀,基体限制S相膨胀,于是形成很高的残余应力,而层错则可以释放部分应力。


 浙江至德钢业有限公司技术研究人员通过球盘式摩擦磨损试验机对316不锈钢渗碳S相进行了测试。摩擦副分别为316不锈钢未处理球和未处理盘,及渗碳球和渗碳盘。加载载荷为5N,试验温度分别为室温、200℃和400℃。试验表明400℃以下,未处理摩擦副的摩擦系数低,在400℃则渗碳过的摩擦副摩擦系数低。但无论哪个温度,渗碳过的磨损速率要低得多,在室温下要低两个数量级。


 大部分的摩擦磨损试验都是在低载荷下(≤10N)的销盘式摩擦磨损试验机上进行的。至德钢业对渗碳S相在1000N载荷、油润滑的条件下进行了摩擦磨损试验,选用的316不锈钢试样S相厚度分别为40μm、25μm和15μm。结果表明只有最厚的渗碳S相才稍微提高了耐磨性,其他的降低了耐磨性。由于S相很薄,较高的载荷可以作用到S相下面较软的基体上,造成基体的变形和S相的断裂。因此S相表面工程发展的趋势之一是增加厚度,提高承载能力。


 至德钢业利用直流等离子体渗氮技术对奥氏体不锈钢在350~480℃温度范围进行处理,采用环-块式磨损试验机,对磨副为GGr15,试验载荷为30N,滑动速度为9.59cm/s的磨损条件下,研究了原始及渗氮316体不锈钢的摩擦磨损行为与机制。结果表明,当渗氮温度在350~400℃之间时,渗氮层得到单一的S相,当渗氮温度为480℃时,渗氮层含有单一的CrN相。316不锈钢的硬度和耐磨性能通过直流等离子体渗氮技术得到提高,并且在此磨损试验条件下,含有单一S相的改性层显示出最佳的耐磨性能。未处理的316不锈钢的磨损机制主要为严重的粘着磨损、磨粒磨损与氧化磨损,而渗氮316不锈钢的磨损机制主要为轻微的氧化磨损与磨粒磨损。


 浙江至德钢业有限公司技术人员通过长期对316不锈钢研究发现,其S相没有降316低不锈钢的耐蚀性,引起了大家的关注,所以良好的耐蚀性是S相的一个重要特征。许多研究机构都指出,渗氮S相提高了耐点蚀能力。S相中的氮在腐蚀时会溶解,与H+结合生成NH 4+,使腐蚀部位的酸性降低,因此降低了腐蚀速率。至德钢业也证明S相的点蚀容易在酸性条件下发生,在380℃对316不锈钢渗氮处理后得到的S相,并在pH值为3.5、5.5和7.5的37℃林格氏溶液中(主要含NaCl)对S相进行电化学测试。研究表明在pH值为5.5和7.5时没有发现点蚀,而在pH值为3.5时发现了点蚀。同时,至德钢业对304不锈钢在425℃等离子体渗氮得到了S相,并证明在不含Cl-的酸性NaSO4溶液中,S相耐蚀性降低。这是因为S相中的缺陷太多造成的,如滑移线、位错等。


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