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2507超级双相不锈钢具有优异的耐应力腐蚀、孔蚀和缝隙腐蚀性能以及良好的综合力学性能,广泛地应用于化工、造纸、石油和原子能等工业领域。由于该不锈钢的合金元素含量高,冶炼和浇注成型工艺控制难度大,大型铸件(如直径大于1.2m的核电阀门)易出现夹杂物偏多,晶粒组织粗大等缺陷,从而削弱铸件的机械性能。在分析核电阀门的特殊服役环境基础上,针对稀土元素对不锈钢性能具有改善作用的特点,本文重点研究了添加稀土元素对2507超级双相不锈钢组织和性能的影响。
采用多种分析测试手段,研究了稀土Ce和混合稀土对2507超级双相不锈钢的显微组织、夹杂物形态与分布、室温与高温力学性能、耐蚀性能的影响,探讨了稀土的细化、净化、微合金化及变质作用,并着重探究了稀土改善超级双相不锈钢耐蚀性的机理。
对2507超级双相不锈钢的显微组织研究表明,添加稀土Ce和混合稀土明显细化了铸态和热处理态组织,减轻了奥氏体相的魏氏体化程度;稀土具有较强的脱氧脱硫能力,能够与氧、硫发生反应,生成球状稀土氧化物或稀土氧硫化物,取代原有形状不规则的硅酸盐类和氧化铝,改善了钢材的韧塑性。
稀土通过改善夹杂物的形貌、尺寸和分布提高了2507不锈钢钢的室温冲击韧性。稀土Ce和混合稀土的含量分别为0.039wt.%和0.044wt.%时,钢的冲击功达到最大值,与未添加稀土的试样相比,增幅分别为59%与55%。对铸态2507超级双相不锈钢的常温及350℃拉伸性能的研究表明,添加稀土Ce及混合稀土后,通过固溶强化、细晶强化和第二相弥散强化等形式的组合,一定幅度地提高了超级双相不锈钢的常温和350℃时的抗拉强度、屈服强度及延伸率。显微硬度的测定结果表明,两类稀土的添加提高了超级双相不锈钢的α/γ相的显微硬度。
2507超级双相不锈钢在6%FeCl3溶液中浸泡失重实验表明,稀土Ce和混合稀土的添加明显降低了2507超级双相不锈钢在6%FeCl3溶液的年腐蚀速率。在人工海水中的电化学测试结果表明,稀土Ce和混合稀土的添加在未显著提高不锈钢点蚀电位Eb的情况下提高了不锈钢的点蚀保护电位Ep,降低了Eb与Ep的差值,改善了超级双相不锈钢在人工海水中的耐点蚀性能;而且,稀土Ce及混合稀土的添加增大了2507不锈钢表面钝化膜内致密的氧化铬层电阻值,降低了钝化膜内施主与受主的浓度,提高了核电阀门表面钝化膜在服役过程中稳定性,对其服役寿命产生重大影响。