通過(guò)中俄管道對(duì)比分析可知,本課題研制的1cr18ni10ti不銹鋼管已達(dá)到俄羅斯12X18H10T不銹鋼管的物理水平;國(guó)產(chǎn)管道的冶金質(zhì)量?jī)?yōu)于俄羅斯管道:國(guó)產(chǎn)管道的表面質(zhì)量明顯優(yōu)于俄羅斯材料。國(guó)產(chǎn)原料的化學(xué)成分與每種爐料相差很小,說(shuō)明原料冶煉過(guò)程穩(wěn)定可靠;國(guó)產(chǎn)材料的伸長(zhǎng)率明顯高于俄羅斯材料,表明國(guó)產(chǎn)材料的塑性非常好,斷口的SEM照片也反映了這一點(diǎn)。國(guó)產(chǎn)材料的晶粒度和夾雜物符合中國(guó)和俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)的要求,表明合金元素含量控制準(zhǔn)確,冶煉過(guò)程中環(huán)境氣氛控制良好。在不銹鋼管的試制過(guò)程中,針對(duì)不同直徑范圍的不銹鋼管,分別制定了合適的不銹鋼管開坯工藝、冷加工工藝和熱處理工藝;對(duì)于大直徑和小直徑不銹鋼管,為了使其最終性能趨于一致,分別進(jìn)行了工藝選擇。大直徑不銹鋼管軋制時(shí)考慮了附加的旋壓或徑向冷變形,小直徑不銹鋼管則根據(jù)冷拔時(shí)壁厚的變化規(guī)律進(jìn)行調(diào)整。因此金屬研究所生產(chǎn)的1cr18ni10ti不銹鋼管的內(nèi)外表面光潔度與標(biāo)準(zhǔn)要求相比有很大的差距
兩組試樣疲勞試驗(yàn)得到的S-N曲線很好地反映了決定不銹鋼管疲勞壽命的一個(gè)非常重要的因素可能是不銹鋼管的固溶溫度和保溫時(shí)間1cr18ni10ti。從圖中可以看出,第一組試樣的條件疲勞極限為24 kg/mm2,第二組試樣的條件疲勞極限為36.8 kg/mm2。兩組試樣的條件疲勞極限之差為1.5倍。第一組固溶處理溫度為1030℃,保溫時(shí)間為30min;第二組固溶處理溫度為950℃,保溫時(shí)間為5分鐘。在相同幾何形狀的條件下,不同的熱處理工藝(固溶溫度、保溫時(shí)間等)對(duì)1cr18ni10ti不銹鋼管的疲勞壽命有顯著影響
斷口的SEM照片表明,1cr18ni10ti不銹鋼管夾雜物較少,塑性良好。雖然各種產(chǎn)品的疲勞壽命不同,但通過(guò)斷口照片的對(duì)比分析,我們可以看到許多凹痕。雖然這些韌窩的大小和深度不同,但也表明材料的疲勞斷裂為塑性斷裂,塑性良好。這是因?yàn)椴捎孟冗M(jìn)的合金均化真空熔煉技術(shù),控制合金中一些關(guān)鍵微量元素的含量,獲得成分準(zhǔn)確、均勻、雜質(zhì)和夾雜物含量低的合金(如大大降低合金中s、P、O、N等有害雜質(zhì)的含量),這是使合金性能達(dá)到或超過(guò)俄羅斯同類合金標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)
通過(guò)被測(cè)G07試樣邊緣的SEM照片,可以看出表面有機(jī)加工刀痕,MNS夾雜物導(dǎo)致疲勞裂紋萌生源區(qū),因此試樣的壽命僅為3.84x104。一方面,它是由表面加工缺陷引起的,而不是材料本身的疲勞壽命;另一方面,它也表明夾雜物的存在對(duì)不銹鋼管的疲勞壽命有很大影響。G12和G15樣品的形態(tài)與G07樣品的基本木材相同。均為多源疲勞斷裂試樣,夾雜物含量遠(yuǎn)高于第二組試樣,表明該批疲勞試樣可能是主軸的頭部(尾部)。區(qū)域夾雜物的增加會(huì)導(dǎo)致疲勞裂紋容易擴(kuò)展(加?。?,使用壽命低
rit-7樣品的應(yīng)力為42 kg/mm2,疲勞壽命為2.93 x 105倍。斷口形貌表明,斷裂模式為周向多裂紋源疲勞斷裂。與上述試樣相比,試樣的中心瞬時(shí)斷裂面積較小,說(shuō)明1cr18ni10ti不銹鋼管在這種高應(yīng)力條件下的裂紋擴(kuò)展過(guò)程中具有很強(qiáng)的抵抗力,因此瞬時(shí)斷裂發(fā)生在最后一個(gè)很小的區(qū)域,這與高使用壽命的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。大量二次裂紋的觀察表明,旋轉(zhuǎn)疲勞彎曲試驗(yàn)中的內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)是復(fù)雜的。在主裂紋源區(qū)疲勞條紋較寬的區(qū)域未發(fā)現(xiàn)MNS夾雜物。rit-7試樣疲勞瞬時(shí)斷裂區(qū)的韌窩尺寸較大,約為50~100um,且較深。這表明試樣的塑性非常好
在裂紋源處的rit-9照片中,可以看到有加工刀痕,這表明疲勞首先在該部位開始擴(kuò)展。Rit-10還顯示了裂紋源處的加工痕跡。在其他條件相同的情況下,表面完整性(光潔度、晶粒方向和表面是否有加工痕跡)對(duì)1cr18ni10ti不銹鋼管的疲勞壽命有顯著影響
1cr18ni10ti不銹鋼管疲勞性能和表面完整性的初步研究,不同的熱處理工藝系統(tǒng)和材料本身的微觀結(jié)構(gòu)表明,影響材料疲勞性能的因素很多,而上述因素對(duì)疲勞性能有影響,尤其是在不同的熱處理溫度下。