摘要
904L是一种铬、镍、钼、氮等含量较高的超级奥氏体不锈钢，具有卓越的机械性能和高耐腐蚀性，被广泛应用于烟气脱硫设备零部件中。但合金含量高，会导致凝固过程中元素发生偏析，析出第二相，严重影响材料的耐蚀性。凝固过程中的冷却速率是影响不锈钢金属间脆性相析出的重要因素之一。因此，研究掌握冷却速率对904L超级奥氏体不锈钢凝固过程的相组成和一定模拟烟气脱硫环境中耐蚀性的影响规律，具有重要的理论意义，并对实际材料的生产有指导作用。 本文通过当量经验公式预测了904L不锈钢在平衡状态下的凝固模式、借助JMatPro模拟软件，模拟了平衡状态下的凝固过程、析出相温度转变图和连续冷却转变图，绘制了凝固相图、析出相的TTT曲线和CCT曲线。利用高温激光共聚焦扫描显微镜（HT-CLSM）设备控制冷却速率，得到了不同冷却速率下（6、50、100、500和1000℃/min）的904L不锈钢的凝固组织。并采用电化学工作站、XPS分析和腐蚀形貌观察等方法研究了冷却速率对模拟烟气脱硫（FGD）环境中904L不锈钢耐点蚀性能的影响规律。本论文的新见解及研究成果包括： （1）通过经典当量公式计算904L不锈钢的Creq/Nieq=0.95，符合A型凝固模式。JMatPro软件计算结果表明，基体组织为奥氏体，析出相有碳化物、M23C6、Sigma相、Laves相等。奥氏体相析出温度为1396℃，主要析出相Sigma相开始析出温度为950℃，在517℃时析出量最大，质量分数接近12%。奥氏体主要合金成分为Fe、Cr和Ni，Sigma相主要合金成分为Cr、Fe、Mo。Sigma相的TTT曲线呈现出典型的C形。“鼻尖区”温度为910℃，孕育时间为16min，开始转变温度为950℃。CCT曲线反映了钢以连续冷却方式冷却时，Sigma相在冷却速率大于100℃/min的条件下无析出。 （2）采用HT-CLSM原位观测了不同冷却速率下904L不锈钢的凝固演变规律，结果表明，冷却速率对其凝固模式无明显影响。在凝固过程中，随冷却速率的增加，初始凝固温度降低，二次枝晶间距减小。EPMA面扫结果发现Cr、Mo、Mn、Si和Cu元素枝晶间含量大于枝晶干。钢中的二次析出相主要为分布在枝晶间的Sigma相，且随着冷却速率的增加，Sigma相含量呈先增后减的规律。但Sigma相中Cr和Mo含量随着冷却速率的增加呈现出先减后增的规律，在100℃/min时达到最小值（22.72wt.%和13.98wt.%）。 （3）采用电化学工作站进行了904L不锈钢的电化学腐蚀试验，发现试样的耐点蚀性能随着冷却速率的增加呈现出先增后减的规律，并在100℃/min时最佳。904L不锈钢表面钝化膜的组成成分采用X射线光电子能谱（XPS）进行分析，发现其钝化膜主要由Cr2O3、Cr(OH)3、Fe2O3、Fe(OH)3、MoO3、NiO和NiOOH构成。在较高或较低冷却速率下具有保护性的Cr2O3含量占比较少，导致了钝化膜的保护性下降。观察腐蚀后形貌发现，点蚀对Sigma相中Cr、Mo含量的增加很敏感，即Sigma相中Cr和Mo含量越高，耐蚀性越差。
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