《氢在冷轧奥氏体不锈钢中扩散行为机制及其工程应用》

1、项目背景:

奥氏体不锈钢作为具有良好耐腐蚀性、可焊性和机械性能的结构材料,被广泛应用在临氢环境下的机器零部件中。但是AISI304奥氏体钢组织性能并不稳定,在冷轧、冷拔、冷弯等加工工艺中很容易发生马氏体相变;在一些热处理当中,比如焊接工艺,促使内部组织马氏体的产生。对于临氢工作环境中的奥氏体不锈钢来说,当氢原子渗入基体当中后,其材料性能将会被劣化,导致其韧性、塑性等力学性能显著下降,甚至出现氢鼓泡或氢致裂纹,导致该材料性能失效。

2、研发内容及创新点:

该课题采用电化学氢渗透技术,从奥氏体不锈钢充氢工艺、氢致相变及表面裂纹的临界含氢量、不锈钢冷轧过程中微观组织和力学性能的演变规律等方面开展了研究,为临氢环境冷轧奥氏体不锈钢设备安全性和寿命预测提供了科学依据及技术支撑。所得研究成果在实际工程中得到了充分利用。形成了以下的技术创新点:

(1)理论创新:

通过对电化学氢渗透技术的体系和工艺参数进行调整优化,研究了奥氏体不锈钢氢渗透阴极侧电解溶液组分配比和阳极侧极化电位值等工艺参数对充氢过程的影响,确定了氢在奥氏体不锈钢中扩散行为的评价措施;建立了氢在单层金属材料中的扩散行为模型;研究了充氢和时效处理导致马氏体相变及表面裂纹的机理,获得了产生马氏体相变及表面裂纹的临界含氢量,为临氢环境冷轧奥氏体不锈钢设备安全性和寿命预测提供了科学依据。

(2)工艺创新:

通过研究AISI304奥氏体不锈钢冷轧形变量对其微观组织结构及相变的影响,建立了奥氏体不锈钢形变强化机制,获得了钢板微观组织和力学性能在冷轧过程中的演变规律,结合电化学氢渗透技术,揭示了冷轧压延率影响氢在钢中扩散行为及扩散能力的规律,最终构建了不锈钢冷轧压延率、形变马氏体相量以及氢扩散系数三者之间的关系。为奥氏体不锈钢现场冷轧制备工艺提供了理论依据和技术支撑。

(3)技术创新:

综合宏观检测、现场复膜金相分析、硬度分析、腐蚀介质分析以及应力腐蚀实验等分析方法,揭示了临氢设备开裂的原因,提出了表面裂纹的打磨修复与酸洗钝化相结合的修复方法,从而提高了加氢釜内壁表面防腐质量,延长了设备使用寿命,避免了巨大的经济损失。

3、知识产权及成果情况:

该项目共取得科研论文12篇,其中SCI收录5篇、EI收录2篇;授权国家发明专利2项;获河南省科技成果3项。

4、推广应用及效益情况:

该成果已在新乡市振英机械设备有限公司、新乡市豫科液压机械制造有限公司和新乡市南峰机电设备有限公司得到很好的推广应用,所得研究数据为公司现场生产优化提供了相应理论指导,显著提升了公司临氢产品的品质,并大幅度扩展了公司的相关业务。对实际生产应用中保障临氢设备安全运行具有重要的指导作用。根据临氢设备具体问题,提出了有效的解决方案。近三年实现新增利润1568.3万元,经济效益和社会效益非常显著。

成果说明

目前共发表与本项目成果相关论文12篇(其中SCI二区收录1篇、SCI三区收录3篇、SCI四区收录1篇以及EI收录2篇),授权相关发明专利2项,阶段性研究成果于2014年通过河南省科技厅成果鉴定,2016年相关项目通过河南省科技厅结项验收,2019年研究成果通过河南省科学技术信息研究院科学技术成果评价。 项目研究成果在新乡市振英机械设备有限公司得到良好应用,为企业现场优化生产提供了相应的实验数据和理论指导,显著增强了公司临氢产品设备的品质,大幅度扩展了公司的相关业务,为该公司创造新增利润624.4万元。该

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