PDF《奥氏体不锈钢超高温服役过程中组织转变和晶界特征的 EBSD...》

3 ] . 在设计使用中发现随着内罩运行时间的延长 ,其下

234 中国体视学与图像分析 2005年第10卷第4期 部的形变很严重 ,最后导致失效 ,必须进行维修.据 文献报导晶界特征分布 ( GBCD)很大程度上影响材 料的抗腐蚀性 [

4 ] .本文的目的是利用电子背散射技 术(EBSD)研究奥氏体不锈钢超高温服役前后的显 微组织和晶界特征的变化从而得出其失效的原因.

1 实验材料与方法 实验用的样品有原始 YU S701奥氏体不锈钢和 已经 服役过的ROF 内罩. ROF 内罩编号:WJ2 60ROF内罩母材为 YU S70 (日本钢号 25Cr2 13N i2 2Si2 0. 8Mn2 0. 25N ) ,化学成分及力学性能见表 1. ROF内罩的服役条件 : 650℃ 保温

17 h,

1 200℃ 保温

27 h,运行周期为

150 h,罩内保护气体为 70% H2 + 30%N2 ,罩内压强为

250 kPa,罩外压强为

25 kPa. 表1RO F内罩母材化学成分及力学性能 牌号 化学成分 (w% ) C Si Mn P S N i Cr Mo N σ0 /MPa YU S701 0.

116 2.

463 2.

165 0.

032 0.

026 13.

60 24.

20 0.

856 0.

250 ≥690 EBSD样品制备 :现在金相砂纸磨至

2 000#,然 后用 0. 5μ金刚石喷雾抛光剂抛光 ,最后用 5%的铬 酸水溶液在 10伏的电压下电解腐蚀出显微组织. 将样品放在荷兰 FE I公司的 Sirion FEG SEM 上观 察 ,该电镜配有美国 EDAX公司的 PEGASUS EDS和EBSD一体化微观分析系统.观察时的加速电压是

25 kV.

2 实验结果与分析 图 1为服役前后 YU S701奥氏体不锈钢的显微 组织形貌 ,从图中可以看出服役前的奥氏体不锈钢 ROF内罩为等轴奥氏体晶粒 ,晶粒细小 ,但分布不是 很均匀 ,平均晶粒尺寸约为 20μm左右 ,并且晶界弯 曲.由于 服役前晶粒尺寸的不均匀性,所以在1200℃ 高温运行过程中 ,超过了晶粒粗化的温度 , 少数晶粒择优生长 ,逐渐吞并周围小晶粒 ,直至这些 择优长大的晶粒互相接触 ,周围小晶粒消失 ,最终奥 氏体不锈钢晶粒严重长大 (晶粒尺寸约为 200μm左右),晶界平直化.一般来说 ,强度和韧性均和晶粒 直径的平方根成反比.晶粒愈细 ,强度和韧性就愈 高.形成大晶粒后 ,其强度和任性都有所降低.晶 粒的长大和晶界的平直化都能减少晶界面积 ,从而 降低晶界的总能量 ,然而晶粒的长大和晶界的平直 化均需通过原子的扩散来实现 ,因此 ,随着温度升高 和保温时间的增长 ,均有利于这两过程的进行.但 是由于粗大晶粒的晶界前塞积的位错数目多于细 晶 ,应力集中大 ,易于启动相邻晶粒的位错源 ,利于 滑移的传递而使屈服强度降低 [

5 ] .故这种晶粒粗大 是引起失效的原因之一. 图1由SEM获得的服役前后 ROF内罩的组织形貌图 : (a)使用前 ( b)使用后 图 2为由 O I M 成像获得的服役前奥氏体不锈 钢ROF内罩晶界特征分布图.图 3为由 O I M 成像 获得的服役后奥氏体不锈钢 ROF内罩晶界特征分 布图.图 4为服役前后奥氏体不锈钢 ROF内罩组 织取向差分布图. 2005年第10卷第4期 范丽霞等 : 奥氏体不锈钢超高温服役过程中组织转变和晶界特征的 EBSD 研究

235 ( a) 为随机边界和 CSL边界分别用黑色和灰色表示 ( b) 只显示随机边界 图2为由 O I M 成像获得的服役前奥氏体不锈钢 ROF内罩晶界特征分布图 ( a) 为随机边界和 CSL边界分别用黑色和灰色表示 (b) 只显示随机边界 图3由OIM成像获得的服役后奥氏体不锈钢 ROF内罩晶界特征分布图 图4服役前后奥氏体不锈钢 ROF内罩取向差分布图 统计结果表明 ,服役前的奥氏体不锈钢 ROF内 罩的晶 界大部 分是大角晶界,可占晶界总数的92. 5% ,而高温服役后大角晶界减少 ,界面能低的小 角晶界明显增多.服役前存在大量随机晶界 ,占晶 界总数的 31. 6% ,服役后随机晶界 19. 3% ,但是服 役前后都存在大量的 CSL晶界 (主要是孪晶晶界 ). 由于 CSL晶界处 ,两晶粒是通过晶粒间的重位点阵 的密排或者较密排面 ,这样晶粒在晶界处的原子有