高硅不锈钢S38815

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1前言 
    S38815是一种高硅的奥氏体不锈钢，在高温浓硫酸和硝酸环境下具有优良的抗腐蚀等综合性能，目前该钢种已广泛应用于高温浓硫酸领域，用于制造酸冷却器、干吸塔及其他部件。与一般奥氏体不锈钢相比，最大的特点在于硅含量较高，高硅可在钢的表面形成稳定的富硅氧化膜，可显著提高钢在高温浓硫酸中的耐蚀性。硅是强烈形成铁素体的元素，在奥氏体不锈钢中，随着硅含量的提高，钢中δ、χ等脆性相析出的敏感性增加，钢的塑、韧性下降，耐蚀性降低，焊接性不良。该钢种的产品在制造过程中，由于对热加工的把握的差异，常常出现加工裂纹而导致材料的报废，国内对本钢的生产较少，可查阅的热加工资料不多，加强该方面的研究有利于本钢种的推广。
2 组织分析
2.1 S38815的生产工艺流程：
      作为无缝管的管坯有不同规格产品，直径大于φ130mm的采用锻造成型，小于φ130mm的管坯采用热轧成型，生产工艺流程：配料→电弧炉冶炼→氩氧炉精炼→钢包炉精炼→模铸钢锭→表面处理→锻造（热轧）管坯→固溶处理→检测→管坯成品2.2S38815标准化学成分与实测值如表1
表1 S38815的化学成分（wt%）

      根据本钢种的化学成分利用软件计算，如图1，从图中可以看出，本钢种虽是奥氏体不锈钢，但在高温下的组织会存在富硅相和铁素体组织，此两相组织均会影响到材料的热加工性能。取样做金相分析，图2-4为高倍下的金相图，有铁素体和呈点状与块状的CrMoSi金属间相；铁素体含量约在13%左右，在经高温固溶处理后，金属间相消除，在不同的温度下做固溶实验，1000℃和1020℃的实验均能发现析出相的存在，当热处理温度大于1060℃，金属间相方可消除。金属间相不仅影响钢的热加工性能，也会影响钢的腐蚀性能，材料在热加工过程中要避免金属间相的存在，通过高温下的保温让金属间相溶解。




3、高温性能分析 
    取φ12mm试样做不同温度下的高温力学性能，热塑性试验在Gleeble热模拟试验机上进行。试样以15℃/s升温到拉伸温度, 保温480s，以1.5 s-1的应变速率进行拉伸，直到试样断裂，并且立即对试样进行淬水冷却，结果见表3；从结果中可以看出，本材料的高温变形抗力偏大；图6为延伸率、断面收缩率与拉伸温度的关系图。

表3 不同温度下的力学性能测试


4、热加工工艺的制定   
    本材料在生产加工过程中会有两种热加工方式，一是锻造管坯，二是热轧管坯。在热加工工艺中的加热制度是工艺重点，在锻造生产工中采用以下的加热制度进行生产，A)冷钢锭从室温到650℃的预加热：80℃/h ；B ) 650℃到开锻温度1160℃加热过程：加热速率为120℃/h；C)保温时间按钢锭直径10-12h/1000mm确定；热轧在推钢炉内进行加热，设定温度为1200℃，保温时间大于40分钟，加热时间大于3.5小时；两工艺均可采用空冷方式进行。S38815热处理采用固溶处理，推荐的固溶温度为1060～1100℃。

图6 热模拟图

5、结论     
（1）高硅不锈钢S38815中硅含量大于6%，组织不仅存在约13%的铁素体，同时会有富铬钼硅型的金属间相，金属间相可在大于1060℃温度下溶解。 （2）经Gleeble热模拟实验，S38815材料的变形抗力高于一般的奥氏体不锈钢，最佳的热变形温度区间在1000～1130℃。S38815热处理采用固溶处理，推荐的固溶温度为1060～1100℃。