一种用于不锈钢的瞬态敏化数学模型的建模方法技术

本发明专利技术涉及一种用于不锈钢的瞬态敏化数学模型的建模方法，采用该方法获得的模型，可以准确评价构件在热处理时的敏化程度，从而及时采取应对措施，减少腐蚀倾向。技术方案是：一种用于不锈钢的瞬态敏化数学模型的建模方法，包括以下步骤：S1：将不锈钢试样分为多组，设置不同的热处理参数；S2：将热处理后的试样表面处理后，将C含量、Cr含量、加热温度和保温时间建立关联，获得各组试样的数据；S3：建立不锈钢瞬态敏化模型的表达式S4：使用步骤S2获得的各组试样的数据与函数拟合；获得温度T

【技术实现步骤摘要】
一种用于不锈钢的瞬态敏化数学模型的建模方法


[0001]本专利技术涉及不锈钢热处理方法，具体涉及一种用于不锈钢的瞬态敏化数学模型的建模方法。

技术介绍

[0002]TP347H不锈钢是含稳定化元素的奥氏体不锈钢，因其具有良好的高温耐氧化，耐磨，耐腐蚀及热稳定性被广泛应用于核电厂、化工、石油天然气的运输等领域。TP347H奥氏体不锈钢经400
‑
850℃的敏化温度范围内时，会有高铬碳化物Cr
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C6在晶界析出，从而导致晶间出现贫铬区域，从而容易产生晶间腐蚀，这就是不锈钢的敏化现象。由于材料发生晶间腐蚀时无明显特征，不易检查，会造成设备的突然破坏，危害性极大。所以考虑构建一种TP347H不锈钢的瞬态敏化数学模型来评价其敏化程度。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是克服上述
技术介绍
的不足，提供一种用于不锈钢的瞬态敏化数学模型的建模方法，采用该方法获得的模型，可以准确评价构件在热处理时的敏化程度，从而及时采取应对措施，减少腐蚀倾向。
[0004]本专利技术采用的技术方案如下：一种用于不锈钢的瞬态敏化数学模型的建模方法，包括以下步骤：
[0005]S1：将不锈钢试样分为多组，设置不同的热处理参数，同组试样加热温度相同，时效处理的保温时间不同；
[0006]S2：将热处理后的试样表面处理后，使用能谱仪获得晶界处的C和Cr的含量，将C含量、Cr含量、加热温度和保温时间建立关联，获得各组试样的数据；
[0007]S3：建立不锈钢瞬态敏化模型的表达式
[0008][0009]其中：x
Cr
表示Cr浓度；函数为与晶界距离x的某一点位置，在温度T
t
下、t时的Cr含量函数；
[0010]S4：使用步骤S2获得的各组试样的数据与函数拟合；获得温度T
t
下的函数为∶
[0011][0012]将和T
t
代入的表达式，可以获得对应温度T
t
下的函数
[0013]S5：将函数的拟合代入表达式
[0014]得到最终的瞬态敏化数学模型：
[0015][0016]x
Cr
为晶界附近位置某一点的实际Cr含量；t为生长时间；T为扩散温度；
[0017]为不锈钢初始Cr含量；τ为达到完全敏化所需要的时间；
[0018]k为预设常数参量；代表碳化物形式的Cr含量；
[0019]L0表示Cr浓度降低区域的宽度，为预设常数；
[0020]x为某一点实际测试位置离晶界的距离；
[0021]D0为扩散常数；Q为Cr的扩散激活能，为常数；R为摩尔常数。
[0022]优选地，建立7组试样，加热温度从500℃到800℃，以50℃为步长。
[0023]优选地，试样大小为10mm
×
10mm
×
5mm。
[0024]优选地，500℃时效处理的保温时间分别为：10h、20h、50h、100h；
[0025]550℃时效处理的保温时间分别为：10h、20h、50h、100h；
[0026]600℃时效处理的保温时间分别为：1h、2h、4h、10h、20h、40h、70h、100h；650℃时效处理的保温时间分别为：1h、2h、4h、10h、20h、40h、70h、100h；700℃时效处理的保温时间分别为：1h、2h、4h、10h、20h、40h、70h、100h；750℃时效处理的保温时间分别为：1h、2h、4h、10h、20h、40h、70h、100h；800℃时效处理的保温时间分别为：10h、20h、50h、100h。
[0027]所述瞬态敏化数学模型的应用方法是：将不同的热处理温度和时长代入瞬态敏化模型，获得晶界附近的Cr含量，判断不锈钢是否出现敏化，若出现敏化则提示耐腐蚀性能下降，反之，则提示耐腐蚀性能合格。
[0028]本专利技术的有益效果是：所提供的用于不锈钢的瞬态敏化数学模型的构建方法，不仅可以得到不锈钢构件任意位置的温度，同时也可以获得任意位置随时间变化的温度场分布，从而可以简单、准确地用来检测不锈钢构件在热处理过程中，经历整个敏化温度区间后产生的敏化现象及其敏化程度，有效预防材料产生晶间腐蚀带来的危害。
附图说明
[0029]图1是本专利技术实施例不锈钢的瞬态敏化数学模型的建模方法流程图。
[0030]图2是本专利技术实施例热处理后试样晶界形貌的扫描电镜照片。
[0031]图3是本专利技术实施例的沿晶界法线方向的能谱仪线扫描分析示意图。
[0032]图4是本专利技术实施例图3的晶界处元素成分比例图。
[0033]图5是本专利技术实施例图3的晶界法线方向上Cr浓度变化曲线。
[0034]图6是本专利技术实施例图3的晶界法线方向上C浓度变化曲线。
[0035]图7是本专利技术实施例运行时间为2年5个月，运行温度为620℃的TP347H不锈钢样品晶界处的扫描电镜照片。
[0036]图8是本专利技术实施例中图7的晶内及孔洞晶界处的能谱仪点扫描数据结果。
具体实施方式
[0037]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面将结合实施例对本专利技术作进一步的详细介绍。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本专利技术的范围。
[0038]本专利技术提供的一种用于不锈钢的瞬态敏化数学模型的建模方法如下：
[0039]将不锈钢试样分为多组，设置不同的热处理参数，同组试样加热温度相同，保温时间不同；将热处理后的试样表面研磨并抛光至没有划痕后，使用扫描电镜系统中的能谱仪获得晶界处的C和Cr的含量，将C含量、Cr含量、加热温度和保温时间建立关联，形成各组试样的数据；将处理好的试样表面研磨并抛光至没有划痕后，使用扫描电镜系统中的能谱仪对晶界处的化学成分变化进行分析；建立不锈钢瞬态敏化模型的表达式：其中x
Cr
表示Cr浓度，函数为与晶界距离x的位置、温度Tt下在t时的Cr含量函数；使用各组试样的数据与函数拟合；将函数的拟合代入表达式得到最终的瞬态敏化数学模型：
[0040][0041]x
Cr
为晶界附近某一点位置实际Cr含量；t为生长时间；T为扩散温度；
[0042]为不锈钢初始Cr含量；τ为达到完全敏化所需要的时间；
[0043]k为预设常数参量；代表碳化物形式的Cr含量；
[0044]L0表示Cr浓度降低区域的宽度，为预设常数；
[0045]x为实际测试位置离晶界的距离；
[0046]D0为扩散常数；Q为Cr的扩散激活能，为常数；R为摩尔常数。
[0047]所述使用每组数据获得函数拟合式的方法如下：
[0048]在碳化物最初的析出阶段，位于晶界处的铬的浓度分布由下式表示：
[0049][0050]式中：
[0051]τ为达到完全敏化所需要的时间(t≤70h时，τ＝70本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于不锈钢的瞬态敏化数学模型的建模方法，包括以下步骤：S1：将不锈钢试样分为多组，设置不同的热处理参数，同组试样加热温度相同，时效处理时间及保温时间不同；S2：将热处理后的试样表面处理后，使用能谱仪获得晶界处的C和Cr的含量，将C含量、Cr含量、加热温度和保温时间建立关联，获得各组试样的数据；S3：建立不锈钢瞬态敏化模型的表达式其中：x
Cr
表示Cr浓度；函数为与晶界距离x的某一点位置，在温度T
t
下、t时的Cr含量函数；S4：使用步骤S2获得的各组试样的数据与函数拟合，获得温度T
t
下的函数为∶将和T
t
代入的表达式，可以获得对应温度T
t
下的函数S5：将函数的拟合代入表达式得到最终的瞬态敏化数学模型：式中：x
Cr
为晶界附近某一点位置实际Cr含量；t为生长时间；T为扩散温度；为不锈钢初始Cr含量；τ为达到完全敏化所需要的时间；代表碳化物形式的Cr含量；k为预设常数参量；L0表示Cr浓度降低区域的宽度，为预设常数；x为某一点实际测试位置离晶界的距离；D0为扩散常数；Q为Cr的扩散激活能，为常数；R为摩尔常数。2.根据权利要求1所述的用于不锈钢的瞬态敏化数学模型的建模方法，其特征在于：所述试样为7组，加热温度从500℃到800℃，以50℃为步长。3.根据权利要求2所...

【专利技术属性】
技术研发人员：程茂，鲁显京，蒋政培，沈志刚，黄国根，许辉庭，李承安，彭佳佳，郑文健，
申请(专利权)人：浙江省特种设备科学研究院，
类型：发明
国别省市：