合金成分的設(shè)計(jì)理念
在保證奧體組織完全均勻的條件下，提高焊接熱影響區(qū)粗晶區(qū)不銹鋼的性能是開發(fā)新型鐵鉻鎳奧不銹鋼的主要思路。合金設(shè)計(jì)需要考慮以下方面：
(1)組織合理。完整的奧結(jié)構(gòu)是保持奧不銹鋼特性的保證。為保證不銹鋼在生產(chǎn)和使用中為奧結(jié)構(gòu)，應(yīng)加入適量的鎳、錳、氮等奧形成和穩(wěn)定元素。
(2)機(jī)械性能。固溶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化是提高不銹鋼焊接合金元素力學(xué)性能的常用方法，固溶強(qiáng)化效果主要包括鎢、鉬等元素，鋁、鈮等元素能有效形成細(xì)小彌散的沉淀相。顆粒強(qiáng)化理論是合金設(shè)計(jì)中常用的基本原理。根據(jù)顆粒強(qiáng)化理論，合金的強(qiáng)度與第二相顆粒的平均間距或f/r成反比，其中f是顆粒的體積分?jǐn)?shù)，r是顆粒的半徑。因此，在設(shè)計(jì)強(qiáng)化沉淀相時(shí)(如MC等。)，應(yīng)盡可能實(shí)現(xiàn)最小的尺寸或間距。因此，必須增加成核驅(qū)動(dòng)力和過飽和度，以獲得高成核速率和高顆粒密度，并確保合金的更高強(qiáng)度。
(3)合理成本。在鐵-鉻-鎳基礎(chǔ)上添加一定量的鋁和鈮，可以抑不銹鋼焊管廠家制熱影響區(qū)粗晶區(qū)焊接區(qū)奧氏體晶晶粒的長大，有效提高粗晶區(qū)的力學(xué)性能，可以替代部分高成本鋼種，從而降低儲(chǔ)罐制造成本。
此外，熱力學(xué)作為理解金屬微觀結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，可以給出各種平衡的數(shù)據(jù)。熱力學(xué)計(jì)算已成為合金設(shè)計(jì)中常用的輔助方法。通過熱力學(xué)計(jì)算，你可以得到一個(gè)總的平衡相圖來確定合金中各相的轉(zhuǎn)變溫度以及合金元素對(duì)相組成和相變溫度的影響。
合金元素的影響
310S鋼是鐵鉻鎳基奧氏體不銹鋼中的代表鋼。其主要合金元素有碳、氮、硅、錳、鉻、鎳、鋁、鈮等。根據(jù)不銹鋼中各元素的作用，可分為奧體穩(wěn)定元素、耐腐蝕元素和沉淀強(qiáng)化元素。
奧體中的穩(wěn)定元素鎳和錳
鎳是典型的形成和穩(wěn)定元素。傳統(tǒng)的鉻鎳不銹鋼含鎳量高，使在有所擴(kuò)展，304不銹鋼焊管而且，鎳可以提高不銹鋼表面膜的穩(wěn)定性，從而提高不銹鋼的耐蝕性。
錳在奧氏體相區(qū)約占鎳的1/2。一般來說，錳能降低鋼的臨界淬火速度，提高奧體在冷卻過程中的穩(wěn)定性。高溫形成的奧體可以保持在常溫。此外，錳不利于奧不銹鋼的抗點(diǎn)蝕性能。
耐腐蝕元素鉻、硅
鉻在奧不銹鋼中的主要作用是提高耐腐蝕性和耐高溫性。在一定范圍內(nèi)，不銹鋼的耐蝕性隨著鉻含量的增加而增加。然而，鉻以均勻的速度形成鐵素體。在熔化和焊接過程中，過量的鉻會(huì)導(dǎo)致-鐵素體的形成，并且不能獲得全部的微觀結(jié)構(gòu)。此外，一些鉻沉淀也會(huì)導(dǎo)致晶界附近形成貧鉻區(qū)，從而增加不銹鋼對(duì)晶間腐蝕的敏感性。
硅元素對(duì)提高奧不銹鋼的耐高溫性能有顯著作用。硅具有高活性，可以降低不銹鋼的氧化速率。然而，硅是鐵素體形成元素，鐵素體的形成趨勢隨著硅含量的增加而增加。
強(qiáng)化元素碳、氮、鋁、鈮的沉淀
元素碳和氮很容易與元素鋁和鈮結(jié)合，形成多晶碳化物或MX相。這些細(xì)小的沉淀相是在奧體的基礎(chǔ)上分散和分布的，起到了牽制作用
鋁元素常被用作鋼中的脫氧劑。它具有細(xì)化晶粒的作用，還能提高鋼的抗氧化性，改善鋼的電磁性能。然而，鋁含量不應(yīng)太高。當(dāng)鋁含量過高時(shí)，鋼的韌性很容易降低[28]。鋁有時(shí)作為沉淀元素存在。鋁容易與氮元素結(jié)合形成氮化鋁相，能釘扎晶界，抑制奧氏體晶晶粒[29，30的生長。鑒于市場上鋁的價(jià)格相對(duì)較低，在310S鋼中加入鋁元素以降低焊接粗晶區(qū)， 熱影響區(qū)的奧氏體晶晶粒度是合適的
鈮是對(duì)碳、氮親和力最強(qiáng)的元素，適量的鈮元素可與碳、氮元素結(jié)合生成MX相，細(xì)化奧不銹鋼晶粒，提高抗晶間腐蝕能力。然而，過量的Nb元素容易導(dǎo)致鋼的韌性減弱，并且還導(dǎo)致鋼的熔點(diǎn)大大降低。