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OPTON | OTS自动夹杂物分析系统C位出道,携手蔡司电镜,让不锈钢夹杂物无所遁形


   

背景介绍


  S30432不锈钢是在ASTM S213 TP304H钢管的基础上,添加了一定量的Cu、Nb、N元素,开发的一种新型的18-8型奥氏体不锈钢,同时由于降低了Mo、V等贵金属元素,制造成本大幅降低。该钢种因为具有较好的高温强度和高温抗氧化性能,被广泛用于锅炉高温过热器和再热器部件上(工作温度600~650℃)。


  添加的Cu、Nb、N等元素,在固溶时完全溶解,失效过程中不断在晶内析出。由于 Nb 与C(N)的亲和力大于Cr 与C(N)的亲和力,因此Nb会优先与C(N)反应生成NbC(N),细小的NbC(N)颗粒尺寸较为稳定,可以起到弥散强化和沉淀强化的作用,并固定基体中的游离C(N)。同时弥散分布的几纳米ε-Cu 相具有沉淀强化作用,同时因为其为面心立方结构,与奥氏体基体共格,可以显著提高合金的组织稳定性和高温性能[1]。


  但是在实际生产中,因为加工工艺的原因,NbC(N)会存在非常细小弥散分布的,也会有尺寸较大的(微米级)的一次析出相,其存在不但减少了基体中的固溶强化元素,且为M23C6 的析出提供了界面,降低了合金元素的强化效果,其尺寸和数量均应该严格控制[2]。


  由于NbC(N)数量较多,人工完成工程量非常大,因此采用欧波同自主研发的OTS夹杂物分析系统可以自动统计出所有夹杂物的成分信息、尺寸形状信息和分布情况等。


  本文采用1种S30432奥氏体不锈钢,其工艺路线:电炉+AOD+LF+VD+模铸+锻造处理,其化学成分元素符合如下所示的标准成分:


表1-1  S30432 奥氏体不锈钢标准成分


  实验采用蔡司EVO15+EDS+OTS软件,如图1所示。实验原理为:蔡司背散射电子探头获取成分衬度图像,通过设定一定的灰度阈值,将夹杂物从基体中删选出来,再通过能谱对所选颗粒进行成分分析,经过OTS软件自带标准库的分类及处理,可以得到扫描区域所选夹杂物和析出相的所有成分、颗粒分布及形状信息,如表1-1、1-2、图2所示。扫描完成后也可以对感兴趣的颗粒重新定位进行能谱的精确再分析。

图1 蔡司EVO 设备及OTS软件


表1-2 OTS采集区域的详细信息


表1-3夹杂物分类情况


图2  夹杂物分布图


  通过结果分析可以看出,采集夹杂物最小尺寸为1μm,在保证每个点至少有60000个计数的基础上,该区域共831个颗粒,扫描时间只需要25min,保证准确率的基础上效率非常高。通过OTS自带的标准库自动将夹杂物进行分类,结果显示大部分的析出相为NbC(N),平均尺寸大约为3微米,分布不是非常均匀,有的区域分布有一定的方向性,呈条状分布,因此为了提高强度和塑性,还需要进一步改善工艺,降低微米级NbC(N)的含量,同时使其更均匀的分布。


参考文献:

【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, 朱毕焱。 不同状态下S30432 钢析出相的分析[J]。 动力工程学报, 2010, 30(4): 281-283。

状态下S30432 钢析出相的分析[J]. 动力工程学报, 2010, 30(4): 281-283.



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