长期在高温条件下工作的钢材,会产生哪些组织劣化?

Question

长期在高温条件下工作的钢材,会产生哪些组织劣化?

Answer 1

在室温条件下,钢材的金相组织一般都相当稳定.但是,在高温条件下,金属原子的扩散活动能力增大,钢材的组织结构将不断发生变化.因而导致钢材的性能发生变化.温度愈高,原子的扩散能力愈强,在高温下使用的时间愈长,原子扩散得愈多,钢材的组织结构变化也就愈大.
　　长期在高温条件下工作的钢材,产生危害性的组织变化主要有：珠光体球化、石墨化及固溶体中合金元素的贫化.
　　常用的各种碳钢及低合金钢大都是珠光体钢.这种钢的正常组织由珠光体与铁素体组成.其中,珠光体又是由铁素体和渗碳体呈薄片状相互间夹而成,即片状珠光体.片状珠光体是一种不稳定的组织,当温度较高时,原子的活动能力增强,扩散速度增加,珠光体中的片状渗碳体逐渐转变成球状,再逐渐聚集成大球团,这种现象称为珠光体球化.珠光体球化会降低材料的室温强度,在中度球化的情况下,将使低碳钢和低碳钼钢的强度降低10-15,当严重球化时,强度降低约20-30.另外,珠光体球化还会使材料的蠕变极限和持久强度明显降低,加速高温承压部件在使用过程中的蠕变速度,减少工作寿命,导致钢材在高温和应力作用下的加速破坏.
　　石墨化主要发生在低碳钢和含钼量0.5的低碳合金钢上.在高温和应力的长期作用下,这种钢的组织中的渗碳体,自行分解为铁和石墨,这个过程称为石墨化.开始时,石墨以微细的点状出现在金属内部,以后,逐渐聚集为愈来愈粗的颗粒.石墨的强度极低,石墨化使金属材料的常温及高温强度下降,冲击韧性下降更大.如果石墨成链状出现,则非常危险.
　　长期在高温和应力条件下工作的钢材,由于高温使合金元素原子的扩散能力增加,会导致合金元素在固溶体和碳化物相之间发生转移过程.那些对固溶体起强化作用的合金元素,如铬、钼、锰等,会不断地脱溶,而碳化物相中的合金元素会逐渐增多,即合金元素由固溶体向碳化物转移,出现固溶体中合金元素的贫化现象.合金元素转移的结果,使材料的高温强度（蠕变极限和持久强度）下降.